一種分布式發電的多輸入整流電路的製作方法

2023-04-22 23:09:26 1

專利名稱：一種分布式發電的多輸入整流電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分布式發電的多輸入整流電路，適用於輸入電壓範圍變化大的分 布式發電的功率轉換裝置，尤其是風力發電場合。
背景技術：
近年來，受到全球氣候變化影響和石油價格上漲，包括風能，太陽能，生物質能在 內的可再生能源的利用受到國際社會的重視，許多國家提出了明確的發展目標，使得可再 生能源利用技術不斷提高。可再生能源利用的一個難點之一在於輸入功率的變化範圍很大。因此，對於分布 式的發電設備，首先要面對的就是需要在寬範圍的輸入電壓下有很好的性能。例如在實際 的風力發電設備，要求風力機在3m/s 18m/s的風速範圍內正常工作，這樣輸入電壓的變 化範圍超過額定電壓值的1/2以上。太陽能發電受到光照強度變化的影響，電壓的輸出範 圍也很寬範。但是對於將電能送入的電網的併網型發電系統，其直流-交流轉換的逆變部 分要求直流電壓幅值穩定，才能夠保證送入電網的電能質量達到要求。目前，通常的解決辦 法是在整流器與逆變器之間再加入一級電壓調節電路，使得直流電壓保持穩定。但是採用 常規的電壓調節電路不僅成本提高、效率較低，而且其調節範圍很有限。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單，成本低，電壓調節範圍寬的用於分布式發電 的多輸入整流電路。本發明的分布式發電的多輸入整流電路，由η個整流單元連接而成，每個整流單 元接一組獨立的單相或多相交流電源，η > 2，其特徵在於每個整流單元包括橋式整流器、 第二二極體和半導體開關，各橋式整流器的交流輸入端接一組獨立的交流電源，直流側正 輸出端與半導體開關的一端相連，直流側負輸出端與第二二級管的正極相連，第二二級管 的負極與半導體開關的另一端相連，作為整流單元的正輸出端山個整流單元的第二二級 管依次順極性串聯，相鄰整流單元的橋式整流器直流側正輸出端分別通過第一二極體連接 在一起，第一二極體的極性與整流單元中第二二級管的極性一致。為了可以連續的調整輸出電壓，本發明的進一步特徵是，在每個整流單元的橋式 整流器直流側正、負輸出端之間並聯第一電容器，在第二二極體兩端並聯由電感和第二電 容器組成的串聯電路，整流單元的正輸出端自電感和第二電容器的連接點引出。本發明的分布式發電的多輸入整流電路適合於多個獨立輸入電源的發電裝置，如 小型風力發電機群。本發明的有益效果在於本發明的分布式發電的多輸入整流電路結構簡單，採用電力電子電路的變拓撲原 理，通過運行中動態改變整流單元的電氣連接結構，能夠在輸入電壓大幅度變化的情況下 輸出相對穩定的直流電壓，十分有利於風力發電一類裝置的運行。


圖1是分布式發電的多輸入整流電路構成示意圖；圖2是一種整流單元電路；
圖3是另一種整流單元電路；圖4是分布式發電的多輸入整流電路應用於風力發電機組實例。
具體實施例方式參照圖1，分布式發電的多輸入整流電路，由η個整流單元連接而成，每個整流單 元接一組獨立的單相或多相交流電源，η ^ 2，每個整流單元如圖2所示，包括橋式整流器 B」第二二極體D2和半導體開關Q，各橋式整流器B^的交流輸入端接一組獨立的交流電源， 直流側正輸出端1與半導體開關Q的一端相連，直流側負輸出端3與第二二級管D2的正極 相連，第二二級管D2的負極與半導體開關Q的另一端2相連，作為整流單元的正輸出端；η 個整流單元的第二二級管D2依次順極性串聯，相鄰整流單元的橋式整流器民直流側正輸出 端1分別通過第一二極體D1連接在一起，第一二極體D1的極性與整流單元中第二二級管D2 的極性一致。為了可以連續的調整輸出電壓，每個整流單元也可以如圖3所示，在橋式整流器民 直流側正、負輸出端之間並聯第一電容器C1,在第二二極體D2兩端並聯由電感L和第二電 容器C2組成的串聯電路，整流單元的正輸出端2自電感L和第二電容器C2的連接點引出。上述的橋式整流器Br可以是二極體或晶閘管整流橋，也可以是採用MOSFET、IGBT 的全控整流一逆變橋。橋式整流器民可以是單相整流器，也可以是三相整流器。B^交流輸 入端接的獨立的交流電源，可以是發電機的一個或幾個繞組輸出端，或者其他不共地交流 電源。半導體開關Q可以採用MOSFET，IGBT, IGCT等電力電子開關器件。分布式發電的多輸入整流電路可以是圖2所示的整流單元構成，也可以是圖3所 示的整流單元構成，還可以是上述兩種整流單元混合組成。以兩個圖2所示的整流單元構成的分布式發電的多輸入整流電路為例，說明電路 的工作原理兩臺發電機的交流輸出端分別與兩個整流單元的橋式整流器交流輸入端相連，第 一個整流單元的直流正輸出端2為多輸入整流電路的正輸出端，第二個整流單元的直流負 輸出端3為多輸入整流電路的負輸出端。第二個整流單元的半導體開關Q的導通或者閉合 決定了兩個整流單元之間的關係當第二個整流單元的Q閉合時，兩個整流單元之間的第 一二極體0工和第二個整流單元的第二二極體D2承受反向壓降，兩個整流單元之間是串聯關 系，形成單元串聯的升壓整流電路；當第二個整流單元的半導體開關Q斷開時，兩個整流單 元之間的第一二極體D1與第二個整流單元的橋式整流器民形成一條通路，第二個整流單元 的第二二極體D2與第一整流單元的橋式整流器B^形成另一條通路，這時兩個整流單元之 間是並聯關係，形成單元並聯的擴大電流容量的整流電路。以此推理，當存在多個整流單元 時，其中部分整流單元的半導體開關Q閉合，部分整流單元的半導體開關Q斷開，則形成既 能夠升壓又能夠擴大電流容量的整流電路。
在分布式發電的實際的應用場合當中，發電機的交流側輸出電壓變化範圍很大。當處於低轉速的情況下，發電機輸出電壓很低，採用串聯升壓的方式進行整流；隨著轉速的 提高，到達設定電壓值，採用並聯的方式整流，降低電壓，提高電流容量。如果希望對電壓進行連續調整，可以採用圖3所示的整流單元。附加的電感和電 容器件形成降壓型BUCK型直流-直流調節電路。通過採用調整PWM脈衝佔空比的方法控 制半導體開關Q，可以實現電容器C2上電壓從零到電容器C1電壓值之間調節，從而可以實 現對多輸入整流電路輸出電壓進行連續調整。實施案例多輸入整流電路應用於風力發電機組案例如圖4所示，圖中虛線框內為整 流單元。兩臺發電機通過內切小齒輪與風力機的大齒輪連接在一起，譬如專利ZL 200720201210. 2中所描述的一軸多機增速風力發電機組。在風力機轉動過程中，兩臺發電 機保持同步速。每臺發電機為六相電機，其中相隔120度電角度的三相輸出連接到一個整 流單元，共計四個獨立電源。通常來說，在低風速下，風力機的輸出電壓達不到風力發電可利用的電壓等級，風 力機只能工作在自由運轉的模式，這部分風能被白白浪費掉了。採用了多輸入整流電路後， 只需要將第一整流單元半導體開關Q_1 第三整流單元半導體開關Q_3閉合，第四整流單 元半導體開關Q_4工作在PWM模式對電壓進行調整，這時所有的第一二極體D1和第二二極 管D2處於反向阻斷狀態，四個整流單元輸出側電壓形成串聯電路，提高輸出電壓等級，在風 力機輸出電壓超過額定電壓的1/4就可併網發電。如果發電機的輸出電壓升高，第四整流單元半導體開關Q_4的佔空比調整到接近 零時，可以將第二整流單元半導體開關Q_2由導通改為斷開，第一整流單元與第二整流單 元之間的第一二極體D1和第二整流單元的第二二極體D2導通，第一整流單元與第二整流單 元之間由串聯改為並聯，通過調整第四整流單元半導體開關Q_4的佔空比，系統輸出電壓 保持穩定。如果發電機的交流輸出電壓繼續升高，將第三整流單元半導體開關Q_3由導通改 為斷開，第一、第二和第三整流單元並聯後與第四整流單元串聯，系統仍然能夠保持輸出電 壓穩定。當風力機的轉速達到額定轉速，第四整流單元半導體開關0_4完全斷開，四個整 流單元工作在並聯的模式，通過變槳距的方法調節轉速，保持輸出電壓穩定。
權利要求
一種分布式發電的多輸入整流電路，由n個整流單元連接而成，每個整流單元接一組獨立的單相或多相交流電源，n≥2，其特徵在於每個整流單元包括橋式整流器(Br)、第二二極體(D2)和半導體開關(Q)，各橋式整流器(Br)的交流輸入端接一組獨立的交流電源，直流側正輸出端(1)與半導體開關(Q)的一端相連，直流側負輸出端(3)與第二二級管(D2)的正極相連，第二二級管(D2)的負極與半導體開關(Q)的另一端(2)相連，作為整流單元的正輸出端；n個整流單元的第二二級管(D2)依次順極性串聯，相鄰整流單元的橋式整流器(Br)直流側正輸出端(1)分別通過第一二極體(D1)連接在一起，第一二極體(D1)的極性與整流單元中第二二級管(D2)的極性一致。
2.根據權利要求1所述的一種分布式發電的多輸入整流電路，其特徵在於在每個 整流單元的橋式整流器(B》直流側正、負輸出端之間並聯第一電容器(Q)，在第二二極體 (D2)兩端並聯由電感(L)和第二電容器(C3)組成的串聯電路，整流單元的正輸出端(2)自 電感(L)和第二電容器(C2)的連接點引出。
全文摘要
本發明公開的分布式發電的多輸入整流電路，由n個整流單元連接而成，n≥2，每個整流單元包括橋式整流器、第二二極體和半導體開關，各橋式整流器的交流輸入端接一組獨立的交流電源，直流側正輸出端與半導體開關的一端相連，直流側負輸出端與第二二級管的正極相連，第二二級管的負極與半導體開關的另一端相連，作為整流單元的正輸出端；n個整流單元的第二二級管依次順極性串聯，相鄰整流單元的橋式整流器直流側正輸出端分別通過第一二極體連接在一起，第一二極體的極性與整流單元中第二二級管的極性一致。該整流電路結構簡單，通過運行中動態改變整流單元的電氣連接結構，能夠在輸入電壓大幅度變化的情況下輸出相對穩定的直流電壓，適用於小型風力發電機群。
文檔編號H02M7/162GK101834538SQ201010180690
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月21日 優先權日2010年5月21日
發明者呂徵宇, 姚文熙, 張德華, 王仕韜, 鄭家龍 申請人:浙江大學