CN101363406B - 多风机并联型风力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多风机并联型风力发电系统，包括至少两台风力发电机、一台控制装置、一台并网逆变器；所述的至少两台风力发电机产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为直流电流，各直流电流在控制装置中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置对其进行最大功率跟踪和对其电压进行控制后输送给并网逆变器，所述的控制装置根据输送给并网逆变器的瞬时功率的大小及电网的运行状态，指令并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的三相交流电，并输送给电网。与现有的单台风力发电机组各自单台并入电网的技术相比，功率在300KW以下时，本发明不但可靠性高，而且成本低，维护方便，适合我国农网输变电现状。

Description

多风机并联型风力发电系统
技术领域
本发明涉及风力发电，特别是涉及一种多风机并联型风力发电系统。
背景技术
目前国内外风力发电系统大致分为两大类：一类是以中小功率风机为主的独立运行的户用或小团体用风力发电系统。主要用于无电区居民日常生活用电。此系统与电网不相关联，独立运行。此类机型叫离网型风力发电机组。
另一类则是以大功率风力发电机组为主要机型，单台风力发电机独自产生电能，然后由并网设备将电能并入电网，向电网提供电力，再由电网向用户供电。此类机型叫并网型风力发电机组。
目前国内外并网风力发电机并入电网的基本型式是单台风机分别由各自的并网设备独立并入电网。目前还没有多台风力发电机并联后由同一台并网设备控制并网的机型。
并网型风机功率一般都在300kW-3000kW之间，也已有5000kW风机在试运行。当前并网型风力发电机组大多采取在风资源非常好的地区建设风电场的方式建设。在欧洲一些国家如德国等国也有一些功率在30kW-250kW之间的分散型中功率风力发电机并入电网，发电机机型为异步发电机。
当前国际国内较为重视的是技术先进的大功率并网型系统，而功率在50—300kW的中功率并网型系统应用很少。但是适合建设大功率风电场的地域，在全国范围内仅仅限于较少数几个地带。在当地年平均风速大于4.5m/s的地区，就可以建设中功率并网风电机组。而年平均风速要达到6米/秒以上，才可以建大功率并网风电机组。适合建设大功率风电场的地域，就内陆而言，大约仅占全国总面积的1/100。而我国60％以上的地域适宜建设中功率多风机并联型并网风力发电系统。如果只建设大型风电场，则会使许多风能可利用资源无法利用，将会造成对风能资源的极大浪费。是风能资源开发的误区。
另外由于风力发电机组并网的前提条件是要有输变电线路，大风机并网是采用为风电场专门修建输变电线路来解决输电问题，还要修建专用公路，造价较高。
再有对于功率在300kW以上的机组而言，由于风轮直径大，机组间距又相当远，所以多台并联入网并没有明显的经济技术优势。但是对于2-50kW之间的中小功率风机而言，如果每台均单独上网，则每台风机均要具备并网设备，由于并网设备中除功率器件大小不同外，其余电路和器件是基本相同的，所以单台风机功率越小，则每千瓦造价中分摊的并网成本就越高，因而造成经济效益低下。而且器件越多，则可靠性越差。若多台中、小功率风机并联上网，则可以使用较大功率备并网设备，不仅经济性好，而且可靠性大幅度提高。
到目前为止，我国国内仅有2kW小型机组并网试验机组，没有中功率并网机组，也没有多风机并联型并网系统。
发明内容
本发明的目的就是为了当并网功率在300KW以下时，克服上述现有的单台风力发电机组各自单台并入电网的技术相比存在的缺陷，而提供一种投资少、效益高、可靠性高、维护方便的多风机并联型风力发电系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：多风机并联型风力发电系统，其特征在于，包括至少两台风力发电机、一台控制装置、一台并网逆变器，所述的至少两台风力发电机分别连接有各自的整流器，各整流器与控制装置相互连接，所述的控制装置与并网逆变器相互连接；所述的至少两台风力发电机产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为直流电流，各直流电流在控制装置中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置对其进行最大功率跟踪和对其电压进行控制后输送给并网逆变器，所述的控制装置根据输送给并网逆变器的瞬时功率的大小及电网的运行状态，指令并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的三相交流电，并输送给电网。
所述的控制装置包括可编程控制器、泄荷器，所述的可编程控制器通过开关电路与泄荷器相互连接。
所述的至少两台风力发电机产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为420V～620V的直流电流。
所述的控制装置将电压脉动直流电流的电压控制在DC620V以下，当上述的电压脉动直流电流超过DC620V时，所述的可编程控制器接通开关电路，调控泄荷器的动作来释放多余电量。
所述的并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的380V三相交流电。
所述的风力发电机采用中、小功率三相稀土永磁同步发电机。
与现有技术相比，本发明采用的中、小功率并网风力发电机组相对于大型风机组而言，对风资源条件要求较低，在当地年平均风速大于4.5m/s的地区，就可以建设中功率并网风电机组；而年平均风速要达到6米/秒以上，才可以建大功率并网风电机组；并且立足于利用已有的城乡电网的输变电终端设施来解决输电问题，能大幅降低造价；目前我国城乡电网输变电终端的变压器一般最小功率为50kW，大多在100-300kW之间，所以本发明并网功率范围的选取，可因地制易，不增加投资，因而造价低，建设周期短，不但可靠性高，而且价格低，维护方便，适合国情。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本实施例选用上海万德风力发电股份有限公司生产并出售的FD13—50/12型50kW风力发电机三台和FK—200型200kW控制装置一台，以及合肥阳光电源有限公司生产并出售的WG200型200kW并网逆变器一台。
FD13—50/12型风力发电机在风速大于3.5m/s时开始建压发电，风机产生的电能为额定功率50Kw，额定电压380V的三相交流电，最大输出功率为60kW。
如图1所示，本实施例包括三台风力发电机1、2、3、控制装置4、并网逆变器5，三台风力发电机1、2、3分别连接有整流器6、7、8，各整流器与控制装置4相互连接，所述的控制装置4与并网逆变器5相互连接；三台风力发电机1、2、3产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为直流电流，各直流电流在控制装置4中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置4对其电压进行控制后输入给并网逆变器，所述的控制装置4根据并网逆变器5输入功率的大小及电网9的运行状态，指令并网逆变器产生与电网频率、相位相同的三相交流电，并输送给电网9。
所述的控制装置4包括可编程控制器10、泄荷器，所述的可编程控制器10通过开关电路与泄荷器相互连接；三台风力发电机产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为420V～620V的直流电流；所述的控制装置4将电压脉动直流电流的电压控制在DC620V以下，当上述的电压脉动直流电流超过DC620V时，所述的可编程控制器10接通开关电路，泄荷器释放多余电量；所述的并网逆变器5产生与电网频率、相位相同的380V三相交流电；风力发电机采用中、小功率三相稀土永磁同步发电机。
各风力发电机产生的电能是电压和频率都在瞬态变化的三相交流电，要想多风机并联，又要低成本，则各台风机分别整流后直流并联为最佳方法。各台风机所生产的三相交流电经过各自的整流器变流为420V—620V的直流电流，然后在控制柜中进行并联。
直流并联后的电流变成了电压脉动的直流电流。再由可编程控制器控制的泄荷器(电阻性负载)的开关电路，系统整流并连后的总电压超压时，电路导通，泄荷器泄放多余电量，达到对风机和太阳电池输出的直流波动电压自动控制，完全可以使风机和太阳电池直流并联后的直流波动电压始终严格保持在DC620V以下。
三台风机并联后的直流电流，由可编程控制器进行最大功率跟踪分析后，将所获信息输送给专用的并网逆变器。并网逆变器在可编程控制器控制的主控下，按照输入功率的大小，以及由电网变压器上采集的电网瞬时频率、各相电的相位值、各相电的电压值，来确定逆变器的输出频率、电压、三相电各自的相位，然后再由并网逆变器的变流电路(SPWM)将输入的直流电能转变为与电网频率和相位完全相同的三相380V的交流电接入到电力变压器上，再由电力变压器输送给电网。
逆变器是将直流电变流为交流电的专用电力电子产品。通用型逆变器一般其输出频率为固定的50Hz或60Hz恒频不变。输出电压有AC220V及AC380V，还有更高电压制式的逆变器。
而风力发电并网逆变器其输出频率则是随机可调控的，该逆变器可根据指令，由变流电路(SPWM)将输入的直流电能转变为与电网频率和相位完全相同的三相380V的交流电接入到电力变压器上，再由电力变压器输送给电网。

Claims (5)

1.多风机并联型风力发电系统，其特征在于，包括至少两台风力发电机、一台控制装置、一台并网逆变器，所述的至少两台风力发电机分别连接有各自的整流器，各整流器与控制装置相互连接，所述的控制装置与并网逆变器相互连接；所述的至少两台风力发电机产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为直流电流，各直流电流在控制装置中并联，变成电压脉动直流电流，该电压脉动直流电流由控制装置对其进行最大功率跟踪和对其电压进行控制后输送给并网逆变器，所述的控制装置根据输送给并网逆变器的瞬时功率的大小及电网的运行状态，指令并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的三相交流电，并输送给电网；所述的控制装置包括可编程控制器、泄荷器，所述的可编程控制器通过开关电路与泄荷器相互连接。
2.根据权利要求1所述的多风机并联型风力发电系统，其特征在于，所述的至少两台风力发电机产生的三相交流电分别由各自的整流器变流为420V～620V的直流电流。
3.根据权利要求1所述的多风机并联型风力发电系统，其特征在于，所述的控制装置将电压脉动直流电流的电压控制在DC620V以下，当上述的电压脉动直流电流超过DC620V时，所述的可编程控制器接通开关电路，调控泄荷器的动作来释放多余电量。
4.根据权利要求1所述的多风机并联型风力发电系统，其特征在于，所述的并网逆变器产生与电网频率相同、相位相同的380V三相交流电。
5.根据权利要求1或2所述的多风机并联型风力发电系统，其特征在于，所述的风力发电机采用中、小功率三相稀土永磁同步发电机。
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