0 导言
在现在的MW级大容量变速恒频风力发电体系中，双馈型是干流机型，与双馈型比较，直驱型减少了齿轮箱，下降了体系本钱和保护本钱，因为齿轮箱价格昂贵，易于损坏且修理杂乱，我国尚不能彻底独立出产;发电机选用永磁同步发电机，能量密度大，转速低，牢靠性进步;但直驱型所用的逆变器需求传递悉数电能，对容量要求比较大，添加了逆变器的制作难度，一起，永磁同步发电机转速很低，发电机体
积大、本钱较高。
风力发电机的单机容量越来越大，更多的风力发电拓扑正在被研讨和开发中。就现在情况来看，双馈型风力发电机仍占干流，但是直驱型风力发电机组以其固有的优势也逐渐遭到重视，例如我国新疆金风科技股份公司已研制成功1.2 MW 直驱型风力发电机组并成功完结并网运转。
直驱型风力发电体系中，电能都要经过逆变器传递到电网上，这就要求功率器材具有较高的功率等级。但是受功率器材耐压极限和制作工艺的约束，单一功率器材的容量是有限的，一起，因为逆变器的功率很大，根据下降开关损耗，器材的开关频率也不或许太高，但开关频率太低又会导致逆变器输出波形的畸变率添加，然后添加后续滤波器的规划难度，并对电网发生污染。因而适合于直驱型风力发电体系的逆变器拓扑须很好地进行研讨。
逆变器作为风力电能回馈至电网的仅有通路，对其容量、牢靠性、响应速度和并网特性等各方面要求很高。逆变器的规划和制作，是直驱型风力发电体系的一个要点和难点，它关于整个体系的安稳、高效运转很重要，把握这项技能，关于推进我国风力发电工作的开展，增强风力发电范畴的自主立异才能，具有十分重要的含义。
1 大功率逆变器拓扑结构
逆变器的作用是完结电能由直流到沟通的改换，逆变器的研讨和开展现状同变频器的开展情况密切相关，这是因为在变频器首要选用的交-直-交变频计划中，榜首部分需求整流来完结，而第二部分便需求逆变来完结。
大功率是指功率等级在数百kW 以上，而高电压是指电压等级为3 kV，6 kV，10 kV或更高，高压变频器选用的计划有交-交变频器和交-直-交变频器等]。交-交变频器因为谐波污染严峻，功率因数低一级缺陷，需求添加滤波设备，无功补偿设备等，然后添加了设备的出资;跟着全控电力电子器材的蓬勃开展，变频器范畴已逐渐呈现交-直-交变频器统一天下的局势。能够这样说，大功率变频器的研讨现状，在必定程度上也便是大功率逆变器的研讨现状，回忆高压大功率逆变器以及大电流大功率逆变器的开展前史及现状，关于研讨大功率逆变器具有重要的学习含义。
1.1 器材串并联型大功率变频器
美国罗克韦尔(AB)公司18脉冲整流器的Bulletin1557变频器拓扑如图1所示，其电路结构为交-直-交电流源型，选用功率器材GTO串联的两电平逆变器，是使用器材的串联完结高压，然后进步逆变器容量的。
由图1能够看出，Bulletin 1557变频器前端选用18 脉冲晶闸管整流，中心经电抗器后直接与后端GTO串联两电平逆变器相接，拓扑结构简略，毛病点少。
成都佳灵电气制作有限公司选用IGBT直接串联办法研制成功了高压变频器，使高压变频器具有和低压变频器相同简略的结构。其拓扑结构如图2所示，能够看出该体系由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波
电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简略易行地完结高压变频输出，可供应高压电动机或接变压器耦合入电网。
选用器材串并联办法进步逆变器的功率，具有拓扑结构简略，功率器材个数少等长处。但器材串联会带来器材的均压问题，器材并联会带来器材的均流问题，因而对驱动电路的要求也大大进步，要尽量做到串并联器材一起导通和关断，不然因为各器材开断时刻纷歧，接受电压不均或分流不均，会导致器材损坏乃至整个逆变器溃散。
1.2 多电平大功率变频器
多电平变频器实质依赖于内部多电平逆变器的“多电平逆变”功用，相关于传统的两电平变频器，其首要长处在于单个器材接受的电压应力小，更简略完结高压大功率;在相同开关频率下，输出波形更挨近正弦波，谐波含量更低;一起还大大减轻了电磁搅扰(EMI)问题。
ABB 公司出产的ACS 1000 系列变频器选用三电平拓扑结构。其内部逆变器部分功率器材选用集成门极换流晶闸管(IGCT)，所用拓扑为二极管箝位型三电平拓扑，输出的电压等级有2.2 kV，3.3 kV和4.16 kV。图3所示为ABB公司ACS 1000系列12脉冲整流三电平电压源变频器的主电路拓扑图。西门子公司选用高压IGBT器材，出产了与之类似的变频
器SIMOVERTMV。
法国阿尔斯通(ALSTOM)公司选用飞跨电容型四电平拓扑，根据功率器材IGBT 出产出ALSPAVDM6000 系列高压变频器，其主电路拓扑如图4所示。
剖析图4可知，该拓扑在功率器材串联的基础上，引入了电容进行箝位，保证了电压的安全分配。
其首要特色为：
1)经过全体单元设备的串并联拓扑结构以满意不同的电压等级(如3.3 kV，4.16 kV，6.6 kV，10 kV)的需求;
2)可使体系遍及选用直流母线计划，以完结多台高压变频器之间能量的相互交流;
3)这种结构没有传统结构中的各级功率器材上的众多分压分流设备，消除了体系牢靠性低的要素，然后使体系结构十分简略牢靠，易于保护;
4)输出波形十分挨近正弦波，可适用于一般感应电机和同步电机调速，而无须下降容量，没有dv/dt对电机绝缘等的影响;
5)ALSPAVDM6000系列高压变频器可根据电网对谐波的不同要求选用12脉冲、18脉冲的二极管整流或晶闸管整流。
法国ALSTOM 还根据IGCT 开发出了飞跨电容型五电平变频器。飞跨电容型多电平逆变器的长处是多电平输出、电路结构简略、可满意高压运转要求，缺陷是需求的电容多、操控技能杂乱、且需求额定的电容预充电电路。
1.3 并联逆变器
并联逆变器运转过程中，两个或多个逆变器单元呈并联方式向负载或电网送出功率。德国BENNING电源电子有限公司的逆变器产品便是选用的并联逆变器拓扑，如图5所示。
其特色为：
1)选用高频开关技能及杂乱的出产技能和高质量的电子元器材，结构严密、重量轻、功率高;
2)多个逆变单元并联，可完结n+1冗余，牢靠性高，并可给线性与非线性负载供电;
3)一切的监测与操控单元内涵的安全规划保证对衔接的负载不间断供电;
4)加装了EUE(静态电子旁路)以进步体系安全性。
逆变器并联进步了电流等级，然后进步了逆变器的功率，且易于完结多级冗余并联，进步全体运转的安稳性。但是，多个逆变器单元并联运转，添加了操控的难度，且还或许引起环流问题，因而应选用必定的调制计划和操控办法加以操控和按捺。
1.4 变频器多重化
多重化技能便是每相由几个低压PWM 变流模块串联而成，各变流模块由一个多绕组阻隔变压器供电来完结大功率。多重化技能从根本上处理了一般6脉冲和12脉冲变频器所发生的谐波问题，可完结完美无谐波变频。
美国罗宾康(Robicon)公司使用单元串并联多重化技能，出产出了功率为315 kW~10 MW的完美无谐波(Perfect Harmony)高压变频器，无须输出变压器完结了直接3.3 kV或6 kV高压输出。其间共选用了三项高压变频技能：
1)在输出逆变部分选用了具有独立电源的单相桥式SPWM逆变器直接叠加技能;
2)在输入整流部分选用了多相多重叠加整流技能;
3)在结构上选用了功率单元模块化技能，完结了完美无谐波的输出波形，无须外加滤波器即可满意各国供电部门对谐波的严格要求，其功率因数可达0.95以上，THD1%，整体功率高达97%。
如图6所示，每个变流模块均为三相输入、单相输出的低压PWM电压型变流器，变流模块的拓扑如图7 所示。每个变流模块能够输出-1，0，1 三种电平，每相5 个功率单元叠加，就能够发生11 种不同的电平，分别为±5U，±4U，±3U，±2U，±U，0，其间U 为每个变流单元输出的最大电压。用多重化技能构成的高压变频器，也称为单元串联多电平PWM 电
