CN102386631A - 一种低风速场合多台小容量机组汇流发电系统及其方法 - Google Patents

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李岩峰
王鹏
姚玉平
段双明
刘嘉
陈露洁
牛浩
刘立强
杨金芬
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HEGANG CITY POWER BUREAU
Tieling Power Supply Co Of Liaoning Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明是一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统及其方法，其特点是：包括小容量风力发电机的输出端与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与直流调压器的输入端电连接构成的小容量风力发电单元，若干小容量风力发电单元的直流调压器并联在直流母线上，且与DC/AC逆变器电连接，DC/AC逆变器与外部电网或微电网连接。广泛适用于风电场年风速处于1.65m/s～6m/s范围内低风速地域风力发电，能够更大范围开发利用风能；设备造价低，利用效率高，减少设备综合投资成本，经济性好；容易实施，更易于推广应用；某个单元故障退出运行不影响其他单元工作。

Description

一种低风速场合多台小容量机组汇流发电系统及其方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，是一种低风速场合多台小容量机组汇流发电系统及其方法。
背景技术
大力发展风能发电不但推进了可再生能源产业的发展，也成为实现低碳电力，完成能源行业节能减排目标的现实有效措施之一。
我国风能资源丰富，分布广泛，但目前大规模风电开发局限于风速较高的地区，我国现有风电场场址的年平均风速均达到6m/s以上。而对于年风速处于1.65 m/s～6m/s水平，分布更为广阔的低风速风能资源区域则没有得到有效的开发利用。
此外，风能是一种自然资源，具有能量密度低，间歇性强的特点，这使得现有风电场中风力发电设备运行的平均功率远低于其设计的额定功率，设备的额定容量年平均综合利用率较低，严重影响了设备投资的经济性。
发明内容
本发明的目的是充分考虑我国年平均风速处于1.65 m/s～6m/s水平的风能资源地域分布广阔，而现有技术尚未解决上述地域风能利用的难题，由于上述地域的风速低，而且风速不均衡，风差大，为更有效的利用风能，提高设备利用效率，降低综合投资成本，提高经济性，提供一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统。
本发明的另一目的是提供较低风速场合多台小容量机组汇流发电方法。
实现本发明目的采用的技术方案是，一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统，其特征是：它包括小容量风力发电机的输出端与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与直流调压器的输入端电连接构成的小容量风力发电单元，若干小容量风力发电单元的直流调压器输出端并联在直流母线上，且与DC/AC逆变器输入端电连接，DC/AC逆变器输出端与外部电网或微电网连接。
所述的小容量风力发电机的结构是：包括风叶宽大、半径较小的风车与小容量发电机连接。
一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电方法，其特征是：它包括以下步骤：
（1）利用风叶宽大、叶片数较多的风车实现较低风速条件下风能捕获；
（2）利用小容量的发电机组，将风车收集的机械能量转化为交流形式的电能；
（3）通过整流器，将发电机输出能量转换成直流形式；
（4）采用直流调压器，实现发电功率控制与直流电压调节；
（5）将步骤（1）～（4）所述的风车、小容量发电机组、整流器、直流调压器构成的小容量风力发电单元，若干所述小容量风力发电单元通过直流母线汇集并列；
（6）通过至少一个集中的大容量DC/AC逆变器实现系统与外部电网或微电网连接。
本发明的一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统的优点体现在：
1．由于采用较低风速场合多台小容量机组汇流发电，特别适于风电场年风速处于1.65 m/s～6m/s范围内低风速地域风力发电，能够更大范围开发利用风能；
2．由于采用若干小容量风力发电单元的直流调压器输出端并联在直流母线上，能够适应低风速，风速不均衡，风差大的风能转化成直流电，并将波动范围大的电压通过直流调压器调节成相一致的电压送给DC/AC逆变器变成交流电送入外部电网或微电网，解决1.65 m/s～6m/s低风速场合的风力发电和并网输电的难题，适用的地域更广阔；
3．设备造价低，利用效率高，采用多个小容量机组汇集后再通过大容量逆变器输出，实现了电力电子变流器小容量与大容量的优化组合，有效的提高了设备利用效率，减少设备综合投资成本，具有更大的经济性；
4．由于采用的小容量风力发电机可以由现有的小功率风车和小容量发电机组组装，整流器、直流调压器和DC/AC逆变器均采用现有技术产品，容易实施，更易于推广应用；
5．由于若干小容量风力发电单元的直流调压器输出端并联在直流母线上，因某个单元故障退出运行不影响其他单元工作。
本发明的一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电方法科学合理，简便易行，特别适于风电场年风速处于1.65 m/s～6m/s范围内低风速地域风力发电，更有效的利用风能。
附图说明
图1为本发明低风速场合小容量机组汇流发电系统示意图。
具体实施方式
为了更方便的用于指导本发明的具体实施应用，下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明的一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统包括小容量风力发电机的输出端与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与直流调压器的输入端电连接构成的小容量风力发电单元，若干小容量风力发电单元的直流调压器输出端并联在直流母线上，且与DC/AC逆变器输入端电连接，DC/AC逆变器输出端与外部电网或微电网连接。
所述的小容量风力发电机的结构是：包括风叶宽大、叶片数较多的风车与小容量发电机连接。本实施例的风车采用如几十千瓦至百千瓦以下功率的抽水风车，其叶面宽大、风叶多；发电机组采用几十千瓦以下的小容量三相异步发电机组。
所述的整流器可采用现有电力二极管所构成的三相桥式整流电路，为市售产品。
所述的直流调压器为市售产品，采用DC/DC直流斩波电路，考虑到能量的单一流向性可采用升压斩波电路，DC/DC斩波电路需要配合所在的风力发电单元风车风速进行控制，以满足风车最大风能捕获控制和调压要求。
所述的直流母线运行电压，应考虑市场上电力电子器件成熟度和控制绝缘成本要求。
所述的大容量DC/AC逆变器为市售产品，容量按照系统中所有小容量风力发电单元容量总和进行配置，也可以根据实际的运行要求进行一定量的增减。所述DC/AC逆变器因容量限制，可以至少一个或多个DC/AC逆变器并联组成，也可以优先考虑将整个发电系统分成几个分系统，这样将有助于提高系统可靠性。
本发明的一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电方法包括以下步骤：
（1）利用风叶宽大、风叶多的风车实现较低风速条件下风能捕获；
（2）利用小容量的发电机组，将风车收集的机械能量转化为交流形式的电能；
（3）通过整流器，将发电机输出能量转换成直流形式；
（4）采用直流调压器，实现发电功率控制与直流电压调节；
（5）将步骤（1）～（4）所述的风车、小容量发电机组、整流器、直流调压器构成的小容量风力发电单元，若干所述小容量风力发电单元通过直流母线汇集并列；
（6）通过至少一个集中的大容量DC/AC逆变器实现系统与外部电网或微电网连接。
本发明的较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统，按着本发明的方法进行了试用，经过在我国某地6个月的运行，实现了本发明目的和达到了所述的效果。 

Claims (3)

1.一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统，其特征是：它包括小容量风力发电机的输出端与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与直流调压器的输入端电连接构成的小容量风力发电单元，若干小容量风力发电单元的直流调压器输出端并联在直流母线上，且与DC/AC逆变器输入端电连接，DC/AC逆变器输出端与外部电网或微电网连接。
2.根据权利要求1所述的一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电系统，其特征是：所述的小容量风力发电机的结构是：包括风叶宽大、叶片数较多的风车与小容量发电机连接。
3.一种较低风速场合多台小容量机组汇流发电方法，其特征是：它包括以下步骤：
（1）利用风叶宽大、叶片数较多的风车实现较低风速条件下风能捕获；
（2）利用小容量的发电机组将风车收集的机械能量转化为交流形式的电能；
（3）通过整流器将发电机输出能量转换成直流形式；
（4）采用直流调压器实现发电功率控制与直流电压调节；
（5）将步骤（1）～（4）所述的风车、小容量发电机组、整流器、直流调压器构成的小容量风力发电单元，若干所述小容量风力发电单元通过直流母线汇集并列；
（6）通过至少一个集中的大容量DC/AC逆变器实现系统与外部电网或微电网连接。
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