CN101394093A - 一种风力发电机群的并网网络和并网方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电领域，公开一种风力发电机群的并网网络和并网方法。其并网网络包括：具有两个电压源型逆变单元的变频器，第一母线，与电网连接的第二母线，变频器的一端与第一母线之间连接有第一断路器，变频器另一端与第二母线之间连接有第二断路器，第一母线与第二母线之间连接有第三断路器，每个发电机群与第一母线之间设置有并网用隔离开关，与第二母线之间设置有运行用隔离开关；其并网方法基于上述并网网络利用备用的第一、第二母线，通过变频器的调节与相应的倒闸操作，实现风力发电机的逐台并网。

Description

一种风力发电机群的并网网络和并网方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风力发电机群的并网网络和并网方法。

背景技术

电力系统要求所有发电机输出频率保持恒定，并且与电网频率相等，同样，当并网型风力发电机并入电网时，其输出频率亦必须与电网频率保持一致，才能保证稳定可靠的运行。目前，在风力发电系统中，实现发电机输出频率恒定的方式主要有恒速恒频和变速恒频两种，前者是指保持发电机的转速不变，从而得到恒定频率的电能；后者则是指发电机的转速可随风速变化，而通过某种特定的方式使频率恒定。

在恒速恒频系统中，主要通过同步电机或者感应电机直接并网，在恒速恒频风力发电系统中，为了适应大、小风速的要求，一般采用两台不同容量、不同极数的异步发电机，风速低时用小容量发电机发电，风速高时则用大容量发电机发电，同时一般通过变桨距控制改变桨叶的攻角以调整输出功率，但是这也只能使异步发电机在两个不同风速下具有较佳的风能利用系数，而无法有效地利用不同风速时的风能。另一方面，风电机组直接与电网相耦合，风电的特性将直接对电网产生影响；此外，其发电设备大部分为异步发电机，它在发出有功功率的同时，还需要消耗无功功率。

在变速恒频风力发电系统中，国际上有多种方案，如常用的变速恒频双馈电机风力发电系统，每个风力发电机接一个双馈电机并网，但是这些方法中都是采用一塔一轮一电机控制的机组结构，增加了风力发电的成本。目前克服一塔一轮一电机控制的机组结构的新型风力发电系统是windformer，windformer是ABB公司研制的新型的风力发电系统，该机组的功率输出经分散不可控整流及集中逆变的轻型HVDC系统直接输送至当地的高压电网，风电场的电气主系统被等效成一台大型高压直流发电机。这种系统的优点是，由于无齿轮箱直接驱动，降低了因齿轮箱旋转而产生的损耗、噪音以及维护工作。由于交流发电机是通过整流—逆变装置与电网连接，发电机的频率与电网的频率是彼此独立的，因此通常不会发生同步发电机并网时由于频率差而产生的冲击电流或者冲击力矩问题，是一种较好的平稳的并网方式。

这种系统的缺点是，高压直流发电机代价很高且制造困难；电能经过两次变换，损耗大；需要将交流发电机发出的全部交流电经整流—逆变装置转换后送入电网，一次需要采用大功率高反压的晶闸管，电力电子器件价格比较高，控制复杂。此外，非正弦形逆变器在运行时产生高频谐波电流流入电网，影响了电网的电能质量。

另一种就是采用永磁直驱同步发电机，每台风力发电机的极端都装设一台全功率变送器，一般来说是一台背靠背的电压源型交直交变频器，风力发电机输出交流电经过不控或可控整流变成直流，然后经过PWM逆变接入系统，从而实现风力发电机与系统的非同步联网；与双馈式风力发电机相比，采用永磁直驱同步发电机成本较低，但是每台风力发电机的输出功率全部得经由变流器送入系统，这样，势必造成变流器容量增大，变流器部分成本过高。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的缺陷或不足，其目的在于提供一种风力发电机群并网网络和并网方法，采用该并网网络和并网方法，能够实现不同类型的风力发电机接入电网，解决为实现并网必须为每台电机装设全功率变流器造成成本攀升的问题。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案予以实现：

(1)一种风力发电机群的并网网络，其特征在于，包括：具有两个电压源型逆变单元的变频器，第一母线，与电网连接的第二母线，变频器的一端与第一母线之间连接有第一断路器，变频器另一端与第二母线之间连接有第二断路器，第一母线与第二母线之间连接有第三断路器，每个发电机群与第一母线之间设置有并网用隔离开关，与第二母线之间设置有运行用隔离开关。

(2)一种风力发电机群的并网方法，基于上述风力发电机群的并网网络，其特征在于，发电机逐个并网，其中任一发电机通过以下步骤实现并网：

首先，启动发电机，闭合其并网用隔离开关，再闭合第一断路器，启动变频器，调节变频器的近电网端的电压源型逆变单元，使其输出频率与电网频率相等，其输出电压与和第二母线的电压相等，然后闭合第二断路器；

其次，调节变频器的近发电机端的电压源型逆变单元，拖动发电机至电网频率，并调节其输出电压，使第一母线和第二母线的电压差满足并网条件，闭合第三断路器；

最后，待发电机运行稳定后，闭合其运行用隔离开关，断开其并网用隔离开关，关闭变频器，断开第一、第二断路器，即可。

本发明去掉了每台风力发电机上装设的电力电子装置，而在风电厂装设两条互为备用的并网母线，两条母线之间以具有两个电压源型逆变单元的变频器相连，通过变频器的调节与相应的倒闸操作，实现风力发电机的逐台并网。由于风力发电机群只需一台变频器接入电网，可简化风力发电机组结构，降低造价，对于大规模风电厂的建设来说，经济效益是比较显著。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的风力发电机群并网网络示意图。

具体实施方式

参照图1，风力发电机群并网网络，主要包括：变频器CC，第一母线S1，与电网连接的第二母线S2，第一、第二、第三断路器K1、K2、K3，设置在每个发电机G1、G2…Gn与第一母线S1之间的并网用隔离开关L11、L21…Ln1，以及设置在每个发电机G1、G2…Gn与第二母线S2之间有运行用隔离开关L12、L22…Ln2。变频器CC具有两个电压源型逆变单元的VSC1、VSC2，变频器CC的近发电机端的电压源型逆变单元VSC2与第一母线S1之间连接第一断路器K1，变频器CC的近电网端的电压源型逆变单元VSC2第二母线S2之间连接第二断路器K2，第一母线S1与第二母线S2之间连接第三断路器K3。发电机G1、G2…Gn的输出端相应设置有断路器B1、B2…Bn。主断路器K4一端通过升压变压器T连入电网母线S，另一端分两路，一路通过第一主隔离开关L1与第一母线S1连接，另一路通过第二主隔离开关L2与第二母线S2连接。

结合附图，说明本发明的并网方法。为了使本方法具有一般性，假设第一发电机G1接入电网，此时，电网侧主断路器K4闭合，连接至第二母线S2侧的第二主隔离开关L2及第一发电机G1的运行用隔离开关L12闭合，其并网隔离开关L11断开，第二母线S2上的频率为电网频率。

现在需要投运第二发电机G2，具体步骤如下：

首先，启动第二发电机G2，依次闭合其输出端断路器B2、并网用隔离开关L21，再闭合第一断路器K1，启动变频器CC，调节变频器CC的近电网端的电压源型逆变单元VSC2，使其输出频率与电网频率相等，其输出电压与和第二母线S2的电压相等，然后闭合第二断路器K2；

其次，调节变频器CC的近发电机端的电压源型逆变单元VSC1，拖动第二发电机G2至电网频率，并调节其输出电压，使第一母线S1和第二母线S2的电压差满足并网条件，闭合第三断路器K3；

最后，待第二发电机G2运行稳定后，闭合其运行用隔离开关L22，断开其并网用隔离开关L21，关闭变频器CC，断开第一、第二断路器K1、K2，即可。至此第二发电机G2投运成功，其他发电机可以照此方法依次投运。当然，第一发电机也可以按照上述方法启动、并网。

本发明在整个风场只需一台全功率运行的交直交变频器，从而省去了每台风力发电机端的电力电子装置，大大节省了变流器部分的投资；第一母线和第二母线互为备用，运行灵活性高；具有两个电压源型逆变单元的变频器可实现四象限运行，交流侧的电压和频率独立可调，且对交流侧的输出频率无限制，风力发电机组无需装设增速齿轮箱，大大降低了维护成本和制造费用，适合不同类型的风力发电机进行并网。

Claims (2)

1、一种风力发电机群的并网网络，其特征在于，包括：具有两个电压源型逆变单元的变频器，第一母线，与电网连接的第二母线，变频器的一端与第一母线之间连接有第一断路器，变频器另一端与第二母线之间连接有第二断路器，第一母线与第二母线之间连接有第三断路器，每个发电机群与第一母线之间设置有并网用隔离开关，与第二母线之间设置有运行用隔离开关。

2、一种风力发电机群的并网方法，基于权利要求1所述的一种风力发电机群的并网网络，其特征在于，各个发电机逐个并网，其中任一发电机通过以下步骤实现并网：

首先，启动发电机，闭合其并网用隔离开关，再闭合第一断路器，启动变频器，调节变频器的近电网端的电压源型逆变单元，使其输出频率与电网频率相等，其输出电压与和第二母线的电压相等，然后闭合第二断路器；

其次，调节变频器的近发电机端的电压源型逆变单元，拖动发电机至电网频率，并调节其输出电压，使第一母线和第二母线的电压差满足并网条件，闭合第三断路器；

最后，待发电机运行稳定后，闭合其运行用隔离开关，断开其并网用隔离开关，关闭变频器，断开第一、第二断路器，即可。