本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種變流器和用于風力發(fā)電的電力系統(tǒng)。

背景技術：

風電變流器是一種將風力發(fā)電設備產生的能量通過整流和逆變處理后傳輸給電網的設備。但是，在低電壓穿越等異常工況時，風電變流器無法將風力發(fā)電設備產生的能量傳輸?shù)诫娋W中，此時為了避免無法傳輸?shù)诫娋W中的能量引起風電變流器中直流電壓升高而損壞器件，風電變流器中設置制動回路，通過制動回路消耗未傳輸至電網的能量。

在模塊化并聯(lián)風電變流器技術中，風電變流器采用多個背靠背的直流(dc)/交流(ac)三相全橋功率單元經過輸出電抗器并聯(lián)的形式，來提高輸出的電容量，制動回路通過額外的一個或多個三相全橋功率單元模塊并聯(lián)在dc/ac回路兩端實現(xiàn)消耗未傳輸至電網的能量。

但是，模塊化并聯(lián)風電變流器中，采用額外的功率模塊組建制動回路，在安裝模塊化并聯(lián)風電變流器時，需要單獨組建制動單元柜體以放置制動回路，增大了變流器柜體體積。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種變流器和用于風力發(fā)電的電力系統(tǒng)，能夠通過制動電阻來消耗能量，結構簡單，占用體積小，節(jié)省變流器柜體的體積。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種變流器，包括dc/ac模塊和與dc/ac模塊并聯(lián)的制動模塊；

制動模塊包括至少一個橋臂和至少一個串聯(lián)電路；

其中，橋臂包括兩個串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)，橋臂中的每個igbt反向并聯(lián)有續(xù)流二極管；串聯(lián)電路包括串聯(lián)的制動電阻和制動電感，串聯(lián)電路連接于兩個igbt的中間，并與橋臂中的igbt形成回路。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，制動模塊包括一個橋臂，串聯(lián)電路的一端連接于橋臂的兩個igbt的中間，串聯(lián)電路的另一端與dc/ac模塊的負極連接。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，制動模塊包括兩個以上橋臂，串聯(lián)電路的兩端連接于任意兩個橋臂的兩個igbt中間。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，制動模塊包括三個以上橋臂和與每個橋臂對應的串聯(lián)電路；

其中，每個串聯(lián)電路的一端連接于對應橋臂的兩個igbt中間，每個串聯(lián)電路的另一端相互連接。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，橋臂包括第一igbt和第二igbt，第一igbt的發(fā)射極和第二igbt的集電極連接，第一igbt的集電極和dc/ac模塊的正極連接，第一igbt的發(fā)射極和dc/ac模塊的負極連接。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，所述dc/ac模塊包括整流電路和逆變電路；

所述橋臂與所述整流電路或所述逆變電路并聯(lián)。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，變流器包括兩個以上dc/ac模塊和與兩個以上dc/ac模塊中每個dc/ac模塊對應的制動模塊，兩個以上dc/ac相互并聯(lián)。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，變流器以預設開關頻率、50％的占空比的控制信號控制橋臂中igbt的導通和關斷。

根據本發(fā)明實施例的第一方面，制動模塊的工作時間小于1秒。

第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種用于風力發(fā)電的電力系統(tǒng)，包括如第一方面所述的變流器。

本發(fā)明實施例提供了一種變流器和用于風力發(fā)電的電力系統(tǒng)，本發(fā)明實施例中，變流器包括直流dc/交流ac模塊和與dc/ac模塊并聯(lián)的制動模塊；制動模塊包括橋臂和串聯(lián)電路；其中，橋臂包括兩個串聯(lián)的igbt，橋臂中的每個igbt反向并聯(lián)有續(xù)流二極管；串聯(lián)電路包括串聯(lián)的制動電阻和制動電感，串聯(lián)電路與橋臂的兩個igbt串聯(lián)的連接處連接，并與橋臂中的igbt形成回路。本發(fā)明實施例中制動模塊包括橋臂和串聯(lián)電路，通過橋臂中igbt和串聯(lián)電路形成回路，可以通過制動電阻來消耗能量，結構簡單，占用體積小，在變流器安裝時可以直接將制動模塊集成到dc/ac模塊中，節(jié)省變流器柜體的體積。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了根據本發(fā)明一實施例中一種變流器的示意性結構圖；

圖2示出了根據本發(fā)明一實施例中又一種變流器的示意性結構圖；

圖3示出了根據本發(fā)明一實施例中另一種變流器的示意性結構圖；

圖4示出了根據本發(fā)明一實施例中再一種變流器的示意性結構圖；

圖5示出了根據本發(fā)明一實施例中制動模塊與散熱器固定連接的示意圖。

其中，11-dc/ac模塊，12-制動模塊，121、121a、121b、121c、121d、121e-橋臂，122、122a、122b、122c-串聯(lián)電路，21-散熱器，22、23-igbt模塊。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。

圖1示出了根據本發(fā)明一實施例中一種變流器的示意性結構圖。如圖1所示，該變流器包括dc/ac模塊11和與dc/ac模塊11并聯(lián)的制動模塊12；制動模塊包括至少一個橋臂121和至少一個串聯(lián)電路122。

其中，橋臂121包括兩個串聯(lián)的igbt，橋臂121中的每個igbt反向并聯(lián)有續(xù)流二極管；串聯(lián)電路122包括串聯(lián)的制動電阻和制動電感，串聯(lián)電路122連接于橋臂121的兩個igbt的中間，并與橋臂121中的igbt形成回路。

如圖1所示變流器，發(fā)電設備轉換的能量從a側輸入，經過dc/ac模塊11后，從b側輸出進入電網，制動模塊12與dc/ac模塊11并聯(lián)。制動模塊12包括橋臂121和串聯(lián)電路122。橋臂121包括兩個串聯(lián)的igbt(vt1和vt2)，并且每個igbt反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管(d1和d2)，橋臂121與dc/ac模塊11并聯(lián)。串聯(lián)電路122包括串聯(lián)的制動電阻r1和制動電感l(wèi)1，串聯(lián)電路122與橋臂121中vt1和vt2的中間連接，并與橋臂121中的igbt形成回路。

具體的，橋臂121中vt1和vt2的中間可以為vt1和vt2串聯(lián)的連接處。

本發(fā)明實施例中，變流器包括dc/ac模塊11和與dc/ac模塊11并聯(lián)的制動模塊12；制動模塊12包括橋臂121和串聯(lián)電路122；其中，橋臂121包括兩個串聯(lián)的igbt，橋臂121中的每個igbt反向并聯(lián)有續(xù)流二極管；串聯(lián)電路122包括串聯(lián)的制動電阻和制動電感，串聯(lián)電路122連接于橋臂121的兩個igbt的中間，并與橋臂121中的igbt形成回路。本發(fā)明實施例中制動模塊12包括橋臂121和串聯(lián)電路122，通過橋臂121中igbt和串聯(lián)電路122形成回路，可以通過制動電阻和制動電感來消耗變流器中無法傳輸?shù)诫娋W的能量，結構簡單，占用體積小，在變流器安裝時可以直接將制動模塊12集成到dc/ac模塊11中，節(jié)省變流器柜體的體積。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，制動模塊12中各橋臂121包括的igbt的基極均與變流器的控制模塊連接，控制模塊可以輸出控制信號至各igbt的基極，從而實現(xiàn)對各igbt的導通和關斷進行控制。控制模塊在輸出控制信號時，通常使每個橋臂121包括的兩個igbt中只有一個處于導通狀態(tài)，例如，如圖1所示，當vt1導通時vt2處于關斷狀態(tài)，當vt2導通時vt1處于關斷狀態(tài)。在控制模塊控制橋臂121中兩個igbt交替導通的過程中，串聯(lián)電路122兩端的電壓也會隨之發(fā)生變化，進而經過串聯(lián)電路122的電流也會變化。

具體的，本發(fā)明實施例以圖1所示制動模塊12的結構進行說明。如圖1所示，串聯(lián)電路122的一端與橋臂121的中vt1和vt2串聯(lián)的連接處連接，串聯(lián)電路122的另一端與dc/ac模塊11的負極連接，假設在vt1導通、vt2關斷時，串聯(lián)電路122兩端的電壓為udc，則在vt2導通、vt1關斷時，串聯(lián)電路122兩端的電壓為-udc，此時，根據歐姆定律可以計算出制動電感l(wèi)1兩端的電壓ul如公式1所示，進一步的根據流過電感的電流和電感兩端電壓之間的關系可以計算出制動電流的峰值ip為公式2所示。

在公式1和公式2中，f表示vt1導通的頻率，r表示制動電阻r1的阻值，l表示制動電感l(wèi)1的阻抗。

在現(xiàn)有技術中，為了限制通過制動電阻的電流，根據歐姆定律需要選擇阻值較大的制動電阻，同時制動電阻需要消耗掉異常狀態(tài)發(fā)電設備產生的能量，這使得制動功率電阻的設計困難，同時制動電阻的體積較大價格較高；另外，制動電阻在工作中會持續(xù)發(fā)熱，制動電阻的溫度會隨著發(fā)熱快速上升，而電阻阻值會隨著溫度的提升而增大，造成實際制動電流在制動過程中持續(xù)減小，制動功率不足從而使得變流器中直流母線電壓快速提高，給變流器帶來安全風險。

而由上述公式1和公式2可知，通過提高制動電感的感抗以及提高制動開關頻率(橋臂121中igbt的導通頻率)，均可實現(xiàn)限制通過制動電阻的電流的目的，此時則可以降低制動電阻的阻值。當制動電阻的阻值遠低于制動電感的阻抗時，制動電阻的阻值隨溫度的提高上升的變換對制動模塊總的制動阻抗變化的影響非常小，制動電流也基本不發(fā)生變化，所以此時制動電阻阻值的變化很難使得變流器中直流母線電壓快速提高，進而降低了變流器的安全風險。

綜上所示，在本發(fā)明實施例中，通過設置使制動電阻阻值遠低于制動電感阻抗時，能夠降低了變流器的安全風險。

本發(fā)明實施例中，制動電阻的材料包括鐵或鎳鉻合金。由于鐵或鎳鉻合金材料的散熱性良好，所以用其作為制動電阻的材料可以降低制動電阻的體積和成本。

作為本發(fā)明實施例的一種可選的實施方式，變流器可以以預設開關頻率、50％的占空比的控制信號控制橋臂121中igbt的導通和關斷。

其中，變流器在控制橋臂121中igbt導通和關斷時，可以通過輸出預設開關頻率、50％的占空比的控制信號來實現(xiàn)。預設開關頻率，即為公式1和公式2中f，其值可以根據實際應用場景進行設置，50％的占空比表示控制信號在一個周期內高電平的寬度比，或在一個周期內高電平所占的比例。

需要說明的是，變流器在控制同一橋臂121中的兩個igbt導通時，需要使兩個igbt交替導通，以便于制動模塊能夠正常工作。

作為本發(fā)明實施例的一種可選的實施方式，本發(fā)明實施例中，制動模塊12的工作時間可以小于1秒。

其中，本發(fā)明實施例中，可以控制橋臂121中的igbt進行高頻脈沖寬度調制(pulsewidthmodulation，pwm)工作，所以制動模塊12的工作時間會比較短，可以小于1秒，一般不超過0.625秒。

作為本發(fā)明實施例的一種可選的實施方式，制動模塊12包括一個橋臂121，串聯(lián)電路122的一端連接于橋臂121的vt1和vt2中間，串聯(lián)電路122的另一端與dc/ac模塊11的負極或dc/ac模塊11的正極連接。

其中，本發(fā)明實施例中，當制動模塊12包括一個橋臂121時，橋臂121和串聯(lián)電路122的連接方式為串聯(lián)電路122的一端連接于橋臂121中vt1和vt2的中間，串聯(lián)電路122的另一端連接dc/ac模塊11的負極或dc/ac模塊11的正極，如此串聯(lián)電路122在橋臂121中兩個igbt交替導通時可以形成回路。

具體的，如圖1所示，制動模塊12包括一個橋臂121和一個串聯(lián)電路122，橋臂121包括串聯(lián)的vti和vt2，串聯(lián)電路122包括串聯(lián)的制動電感l(wèi)1和制動電阻r1，串聯(lián)電路122的一端與橋臂121中vt1和vt2串聯(lián)的連接處連接，串聯(lián)電路122的另一端與dc/ac模塊11的負極連接。當vti導通時，vt2關斷，串聯(lián)電路122和vti形成回路；當vt2導通時，vt1關斷，串聯(lián)電路122和vt2形成回路。

圖2示出了根據本發(fā)明一實施例中又一種變流器的示意性結構圖。作為本發(fā)明實施例的又一種可選實施方式，制動模塊12可以包括兩個以上橋臂121，串聯(lián)電路122的兩端連接于任意兩個橋臂121的兩個igbt中間。

其中，制動模塊12包括兩個以上橋臂121時，每個橋臂121均包括串聯(lián)的兩個igbt，并在每個igbt反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管，制動模塊12包括的各橋臂121相互并聯(lián)，并同時并聯(lián)至dc/ac模塊11。串聯(lián)電路122的兩端均與不同橋臂121的兩個igbt的中間連接，并且在各橋臂121中兩個任意橋臂121的兩個igbt中間均連接串聯(lián)電路122。

具體的，本發(fā)明實施例以圖2中所示制動模塊12包括兩個橋臂121的結構為例進行說明。如圖2所示，制動模塊12包括兩個橋臂121(121a和121b)，橋臂121a包括串聯(lián)的igbtvt3和igbtvt4，橋臂121b包括串聯(lián)的igbtvt5和igbtvt6，igbtvt3反向并聯(lián)續(xù)流二極管d3，igbtvt4反向并聯(lián)續(xù)流二極管d4，igbtvt5反向并聯(lián)續(xù)流二極管d5，igbtvt6反向并聯(lián)續(xù)流二極管d6。串聯(lián)電路122包括串聯(lián)的制動電感l(wèi)2和制動電阻r2，串聯(lián)電路122的一端連接橋臂121a中vt3和vt4串聯(lián)的連接處，串聯(lián)電路122的另一端連接橋臂121b的中vt5和vt6串聯(lián)的連接處，即在橋臂121a的兩個igbt串聯(lián)的連接處和橋臂121b的兩個igbt串聯(lián)的連接處之間連接串聯(lián)電路122。

圖3示出了根據本發(fā)明一實施例中另一種變流器的示意性結構圖。作為本發(fā)明實施例一個可選的實施方式，制動模塊12包括三個以上橋臂121和與每個橋臂121對應的串聯(lián)電路122；每個串聯(lián)電路122的一端連接于對應橋臂121的兩個igbt中間，每個串聯(lián)電路122的另一端相互連接。

其中，本發(fā)明實施例中，制動模塊12包括三個以上橋臂121時，每個橋臂121均包括串聯(lián)的兩個igbt，并在每個igbt反向并聯(lián)一個續(xù)流二極管，制動模塊12包括的各橋臂121相互并聯(lián)，并同時并聯(lián)至dc/ac模塊11。制動模塊12還包括對應每個橋臂121的串聯(lián)電路122，串聯(lián)電路122包括串聯(lián)的制動電感和制動電阻，各串聯(lián)電路122的一端連接與與其對應的橋臂121的兩個igbt中間，各串聯(lián)電路122的另一端相互連接。

具體的，本發(fā)明實施例以圖3中所示制動模塊12包括兩個橋臂121的結構為例進行說明。如圖3所示，制動模塊12包括三個橋臂(121c、121d和121e)，橋臂121c包括串聯(lián)的igbtvt7和igbtvt8，橋臂121d包括串聯(lián)的igbtvt9和igbtvt10，橋臂121e包括串聯(lián)的igbtvt11和igbtvt12，續(xù)流二極管d7、d8、d9、d10、d11和d12分別反向并聯(lián)在igbtvt7、igbtvt8、igbtvt9、igbtvt10、igbtvt11和igbtvt12兩端。與圖3中每個橋臂(121c、121d和121e)對應的串聯(lián)電路122包括串聯(lián)電路122a、串聯(lián)電路122b和串聯(lián)電路122e，其中，橋臂121c與串聯(lián)電路122a對應，橋臂121d與串聯(lián)電路122b對應，橋臂121e與串聯(lián)電路122c對應。串聯(lián)電路122a包括串聯(lián)的制動電容l3和制動電阻r3，串聯(lián)電路122b包括串聯(lián)的制動電容l4和制動電阻r4，串聯(lián)電路122c包括串聯(lián)的制動電容l5和制動電阻r5。串聯(lián)電路122a的一端與橋臂121c中vt7和vt8串聯(lián)的連接處連接，串聯(lián)電路122b的一端與橋臂121d中vt9和vt10串聯(lián)的連接處連接，串聯(lián)電路122c的一端與橋臂121e中vt11和vt12串聯(lián)的連接處連接，串聯(lián)電路122a、串聯(lián)電路122b和串聯(lián)電路122c的另一端相互連接。

作為本發(fā)明實施例一個可選的實施方式，橋臂121中串聯(lián)的兩個igbt包括第一igbt和第二igbt，第一igbt的發(fā)射極和第二igbt的集電極連接，第一igbt的集電極和dc/ac模塊的正極連接，第一igbt的發(fā)射極和dc/ac模塊的負極連接。

其中，橋臂121中兩個igbt包括第一igbt和第二igbt，第一igbt和第二igbt串聯(lián)方式為：第一igbt的發(fā)射極和第二igbt的集電極連接，第一igbt和第二igbt與dc/ac模塊11并聯(lián)的方式為：第一igbt的集電極和dc/ac模塊11的正極連接，第一igbt的發(fā)射極和dc/ac模塊11的負極連接。

例如，如圖1所示，橋臂121中，igbtvt1為第一igbt、igbtvt2為第二igbt，igbtvt1的發(fā)射極和igbtvt2的集電極連接，igbtvt1的集電極和dc/ac模塊11的正極連接，igbtvt2的發(fā)射極和dc/ac模塊11的負極連接。

作為本發(fā)明實施例一個可選的實施方式，dc/ac模塊11包括整流電路和逆變電路；橋臂121與整流電路或逆變電路并聯(lián)。

其中，dc/ac模塊11包括整流電路和逆變電路，橋臂121在與dc/ac模塊11并聯(lián)時，既可以與整流電路并聯(lián)，也可以與逆變電路并聯(lián)。例如，如圖1、圖2和圖3中所示，為制動模塊12并聯(lián)在逆變電路兩端的結構。

圖4示出了根據本發(fā)明一實施例中再一種變流器的示意性結構圖。作為本發(fā)明實施例一個可選的實施方式，變流器包括兩個以上dc/ac模塊11和與兩個以上dc/ac模塊11中每個dc/ac模塊11對應的制動模塊12，兩個以上dc/ac模塊11相互并聯(lián)。

其中，變流器包括兩個以上相互并聯(lián)的dc/ac模塊11，每個dc/ac模塊11均對應一個制動模塊12，每個dc/ac模塊11和與其對應的制動模塊12并聯(lián)。

具體的，本發(fā)明實施例以圖4所示變流器結構為例進行說明。如圖4所示，變流器包括兩個相互并聯(lián)的dc/ac模塊11，每個dc/ac模塊11均對應一個制動模塊12，制動模塊12與對應的dc/ac模塊11并聯(lián)。

需要說明的是，模塊化并聯(lián)變流器在應用時將各功率模塊與散熱器通過導熱性材料固定連接在一起。本發(fā)明實施例中，制動模塊12結構簡單，可以直接與dc/ac模塊11中整流電路和逆變電路一同與散熱器21固定連接。例如，對圖4所示的變流器結構，制動模塊12并聯(lián)在逆變電路兩端，逆變電路和制動模塊12構成三相四橋臂功率模塊，制動模塊12與逆變電路一同作為功率模塊與散熱器21固定連接。圖5為制動模塊12與散熱器21固定連接的示意圖，如圖5所示，散熱器21固定了四個igbt模塊，其中，igbt模塊22為逆變電路中的每個igbt橋臂121，igbt模塊23為制動模塊12中橋臂121。本發(fā)明實施例，在原有的逆變電路固定的散熱器21上，額外增加了一個igbt模塊23作為制動模塊12，igbt模塊23上部為直流輸入端子，與igbt模塊23直流端子并聯(lián)，igbt模塊23下部的輸出銅排連接至制動電阻和制動電感，制動電阻和制動電感的另外一端連接到負極上，而igbt模塊22的輸出銅排為三相交流的輸出。

在模塊化并聯(lián)變流器正常工作時，igbt模塊23中igbt不工作，散熱器21僅需與冷卻介質交換igbt模塊22的三相逆變igbt產生的熱量。在需要制動模塊12工作時，igbt模塊23的igbt進行高頻pwm，由于制動模塊12的工作時間比較短，產生的瞬間發(fā)熱量由散熱器21的熱容吸收，不影響三相逆變橋的正常工作，大大提高了散熱器的利用率。

作為本發(fā)明實施例的又一種可選的實施方式，本發(fā)明實施例中所述的變流器可以包括風電變流器。

本發(fā)明又一實施例還提供了一種用于風力發(fā)電的電力系統(tǒng)，包括如上述實施例中所述的變流器。

其中，電力系統(tǒng)通常需要變流器將其他能量轉換的電能傳輸?shù)诫娋W中，例如，在風力發(fā)電設備將風能轉換為電能后，通過變流器將轉換的電能傳輸至電網中，此時電力系統(tǒng)中的變流器可以包括上述實施例中描述的變流器的結構。

本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業(yè)技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為了描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。