4 基本單元的串聯(lián)

　　風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計工程師需要將以下諸方面考慮到他們的設(shè)計中。

　?、?大功率風(fēng)力發(fā)電機；

　?、?低損耗；

　?、?變速；

　?、?高效率；

　?、?采用經(jīng)驗證有效的半導(dǎo)體元件；

　?、?使用簡單的線變壓器，得到純凈的正弦波電流；

　?、?線路功率因數(shù)良好且總諧波失真小；

　　⑻ 有功和無功功率控制；

　?、?模塊化設(shè)計，適合不同的功率和電壓且安裝快速；?

　?、?可靠性高；

　?、?最低的成本。

　　可選的最佳方案：中壓發(fā)電機。 在未來的大功率風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計中，中壓發(fā)電機是必不可少的。然而，中壓硅片并不適用于此類應(yīng)用。因此，正確的解決方案是將基本單元串聯(lián)起來。例如：一臺額定輸出電壓為6.3 kV的5MW風(fēng)力發(fā)電機，輸出電流為3 x 436 Arms。整流過的變速發(fā)電機電壓為1kV～10 kV的直流電壓。

　　這樣變化的電壓如何才能連入電網(wǎng)？每個風(fēng)力發(fā)電機需要有自己的變壓器用來與電網(wǎng)相連。電網(wǎng)的電壓應(yīng)在20kV-30kV范圍，這應(yīng)該是變壓器的輸出電壓。

　　變壓器可由幾個三相繞組組成，這里用了10個，每個為3 x 690 V，作為輸入電壓。

　　5 基于單元的中壓風(fēng)力發(fā)電機

　　新型中壓風(fēng)力發(fā)電機的原理如圖6所示。

?

　　每個三相繞組附帶一個基本單元和一個600kVA的三相逆變器。第四個IGBT管腳可被連接到每個基本單元的前面，這種排列可被稱為中壓單元。所有單元都可如圖6所示串聯(lián)起來。如果第四管腳的IGBT開關(guān)是關(guān)斷的，發(fā)電機的直流電流將對單元直流環(huán)節(jié)電壓進行充電。單元電網(wǎng)側(cè)三相逆變器放電，控制自己的直流環(huán)節(jié)電壓。對于3 x 690V交流電壓，直流環(huán)節(jié)電壓將為1.05kV。10個串聯(lián)的基本單元可以產(chǎn)生高達10 ×1.05 kV = 10.5kV的反電動勢（EMF）。電壓仍然與整流后的發(fā)電機電壓保持平衡。如果發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，發(fā)電機電壓也會變低。因此，為控制整流后的直流電流，也是為控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩，不得不旁路掉部分單元。如果旁路掉5個單元，剩余的反電動勢是5 ×1.05 kV = 5.25kV。旁路掉更多的單元會增加直流電流和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩。被旁路掉的單元可向電網(wǎng)提供全部的無功功率。如果某個單元失效，它也將被旁路掉。單元直流環(huán)節(jié)電壓最大值是1.2 kV ，因此即使僅有9個單元串聯(lián)也可承載高達9 ×1.2 kV = 10.8kV的整流后發(fā)電機電壓。

　　6 帶中壓同步發(fā)電機的變速風(fēng)力發(fā)電機

　　帶中壓同步發(fā)電機的變速風(fēng)力發(fā)電機特點如下。

　?、?發(fā)電機直流電壓范圍從0至Vdcmax;

　?、?每單元直流電壓1.05 kV（采用1.7 kV硅片）；

　?、?Vdc max. per cell = 1.2 kV；

　?、?單元數(shù)量= Vdcmax/Vcell+1；

　?、?單元功率：Pgenmax/單元數(shù)量；

　?、?系統(tǒng)冗余 (+1)；

　?、?單元導(dǎo)通時間在0%-100%之間變化；

　　⑻ 關(guān)斷的單元可以產(chǎn)生全部的無功功率；

　?、?不論功率高低，效率都高 ；

　?、?線路測紋波頻率 = Ncell × Fswcell；

　?、?簡單的網(wǎng)側(cè)變壓器。

　　7 結(jié)論

　　大功率應(yīng)用使用多個IGBT模塊。然而，使用更多的帶獨立控制的開關(guān)要好的多。例如，用幾個并聯(lián)或串聯(lián)的單元而不是一個巨大的單個單元。

?