CN102465832B - 低电压穿越的分布式供电系统及风力发电机组 - Google Patents

低电压穿越的分布式供电系统及风力发电机组 Download PDF

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Abstract

一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，变压器一端与电网相连，另一端与变流器的网侧模块相连；发电机的定子端与并网开关相连，发电机的转子端与变流器的机侧模块相连，变流器的机侧模块与变流器网侧模块相连；变桨控制系统与桨叶相连，调节桨叶的节距角，实现转速控制。风机控制器连接变桨控制系统及变流器，用于控制风力发电机组的整体运行，并给变桨控制系统、所述变流器发送控制信号；变流器、变桨控制系统和风机控制器中分别安装不间断电源，当电网电压跌落时，不间断电源保持稳定不变的电压，为所述变流器、变桨控制系统和风机控制器供电。

Description

低电压穿越的分布式供电系统及风力发电机组
技术领域
本发明涉及分布式供电领域，尤其涉及一种基于风力发电机组分布式供电方式。
背景技术
风能已经成为一种世界公认的清洁能源，风力发电技术正以前所未有的速度发展。随着风电装机容量越来越大，风电场的运行对系统稳定性的影响变得不容忽视。世界各国电力系统对风电场接入电网的要求越来越严格，并提出了更严格的技术要求，包括低电压穿越能力，无功控制能力以及输出功率控制能力等，其中低电压穿越被认为是对风力发电机组组设计控制技术的最大挑战。
低电压穿越能力是指当电网电压降低到一定值时，风力发电机组组不脱离电网而继续维持运行，甚至还可以为系统提供一定无功支持，以帮助系统恢复电压的能力。当低电压事件发生时，为保证风力发电系统的正常运行，需要采用不间断电源供电，以继续有效的控制系统，实现低电压穿越。
现有的低电压穿越时的供电方式比较单一，一般采用一个不间断电源为风机控制器、变流控制器、变桨控制器等其他控制系统供电，如果一旦不间断电源出现故障，不能正常工作，当电网电压跌落时，整个系统就会失控，造成不可挽回的损失。
因此，如何提供一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，当电网电压跌落时，整个系统不会失控，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，当电网电压跌落时，整个系统不会失控，为进一步完成低电压穿越提供可靠的保障。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，所述系统包括变压器、变流器、发电机、齿轮箱、桨叶、变桨控制系统以及风机控制器；所述变流器包括网侧模块、机侧模块和并网开关；
所述变压器一端与电网相连，另一端与所述变流器的网侧模块相连；
所述发电机的定子端与所述并网开关相连，所述发电机的转子端与所述变流器的机侧模块相连，所述变流器的机侧模块与所述变流器网侧模块相连；
所述桨叶连接到所述齿轮箱；所述齿轮箱与所述发电机相连；
所述变桨控制系统与所述桨叶相连，用于控制调节所述桨叶的节距角；
所述风机控制器与所述变桨控制系统、所述变流器均相连，用于控制风力发电机组的整体运行，并给所述变桨控制系统、所述变流器发送控制信号；
所述变流器中安装有第一不间断电源，当电网电压跌落时，由第一不间断电源为所述变流器供电；
所述变桨控制系统中安装有第二不间断电源，当电网电压跌落时，由第二不间断电源为所述变桨控制系统供电；
所述风机控制器中安装有第三不间断电源，当电网电压跌落时，由第三不间断电源为所述风机控制器供电。
优选地，所述桨叶通过轮毂连接到所述齿轮箱。
优选地，所述变流器包括第一检测单元，用于检测所述变流器的一次电源供电情况，当检测到所述变流器的电网端电压跌落第一预定值，或高于第二预定值时，所述变流器由第一不间断电源供电；
所述变桨控制系统包括第二检测单元，用于检测所述变桨控制系统的一次电源供电情况，当检测到所述变桨控制系统的电网端电压跌落第三预定值时，所述变桨控制系统由第二不间断电源供电；
所述风机控制器包括第三检测单元，用于检测所述风机控制器的一次电源供电情况，当检测到所述风机控制器的电网端电压跌落第四预定值，或高于第五预定值时，所述风机控制器由第三不间断电源供电。
优选地，所述变桨控制系统控制实时改变所述桨叶的节距角，调节所述桨叶为风能的最大捕获状态。
优选地，所述变流器的机侧模块通过两根直流母线与所述变流器的网侧模块相连。
优选地，所述发电机为双馈风力发电机组。
优选地，所述不间断电源具体为超级电容或蓄电池替代。
本发明还提供一种风力发电机组，具体包括基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统。
通过上述方案的描述，可以看到本发明具备以下优点：
由于本发明实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，在变流器、变桨控制系统和风机控制器中均安装了一个不间断电源，对风机发电机的供电方式实施分布式控制。当电网电压跌落时，将切断变流器、变桨控制系统和风机控制器的一次电源，转由第一、第二、第三不间断电源分别为变流器、变桨控制系统和风机控制器供电，以保证变流器、变桨控制系统和风机控制器控制逻辑不出现混乱，相应元器件可靠动作，为实现低电压穿越提供可靠的控制保障。
一旦有某一个不间断电源出现故障，不能正常工作时，也只是影响到该不间断电源相对应的系统，而其他系统的元器件不会受到影响，可靠动作，使整个风力发电系统不会造成更大地损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统第一实施例结构图；
图2是本发明所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统第二实施例结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，当电网电压跌落时，整个系统不会失控，为进一步完成低电压穿越提供可靠的保障。
参见图1，该图为本发明所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统第一实施例结构图。
本发明第一实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，包括变压器1、变流器8、发电机3、齿轮箱4、桨叶5、变桨控制系统6以及风机控制器7。所述变流器8包括网侧模块82和机侧模块81以及并网开关2。
所述变压器1一端与电网相连，另一端与所述变流器8的网侧模块82相连。
所述发电机3的定子端与所述并网开关2相连，所述发电机3的转子端与所述变流器8的机侧模块81相连，所述变流器8的机侧模块81连接所述变流器8的网侧模块82。
所述桨叶5连接到所述齿轮箱4，所述齿轮箱4与所述发电机3相连。
所述变桨控制系统6与所述桨叶5相连，用于控制调节所述桨叶5的节距角。变桨控制系统6通过调节节距角，调节风机输出功率。在紧急情况下，快速收桨，保障风机安全。
所述风机控制器7与所述变桨控制系统6、所述变流器8的机侧模块81以及所述变流器8的网侧模块82均相连，用于控制风力发电机组的整体运行，并给所述变桨控制系统6、所述变流器8发送控制信号。
风机控制器7采集风机和环境参数，控制风机的运行状态，监控各部件和设备的正常运行，协同变桨控制系统6、变流器8调节转速、功率和载荷，与远程监控中心通讯，实现机组的自动运行控制。
变桨控制系统6与桨叶相连，在风机控制器7的控制下，调节桨叶的节距角，实现桨叶转速控制。
所述变流器8中安装有第一不间断电源9，当电网电压跌落时，将切断一次电源供电，转由第一不间断电源9为所述变流器8供电。
当电网电压跌落时，第一不间断电源9可以持续稳定地给控制电路供电；当电网电压跌落到零时，转由第一不间断电源9(第一不间断电源9中的电池)为所述变流器供电。
所述变桨控制系统6中有安装第二不间断电源11，当电网电压跌落时，将切断一次电源供电，转由第二不间断电源11为所述变桨控制系统6供电。
当电网电压跌落时，第二不间断电源11可以持续稳定地给所述变桨控制系统6的控制电路供电；当电网电压跌落到零时，转由第二不间断电源11(第二不间断电源11中的电池)为所述变桨控制系统供电。
所述风机控制器7中有安装第三不间断电源10，当电网电压跌落时，将切断一次电源供电，转由第三不间断电源10为所述风机控制器7供电。
当电网电压跌落时，第三不间断电源10可以持续稳定地给第三不间断电源10的控制电路供电；当电网电压跌落到零时，转由第三不间断电源10为所述风机控制器7供电。
所述第一、第二、第三不间断电源9、11、10具体可以为UPS，也可以由超级电容或蓄电池替代。
由于本发明实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，在变流器8、变桨控制系统6和风机控制器7中分别安装一个不间断电源9、11、10，对风机发电机的供电方式实施分布式控制。当电网电压跌落时，将切断变流器8、变桨控制系统6和风机控制器7的一次电源，转由第一、第二、第三不间断电源9、11、10分别为变流器8、变桨控制系统6和风机控制器7供电，以保证变流器8、变桨控制系统6和风机控制器7控制逻辑不出现混乱，相应元器件可靠动作，为实现低电压穿越提供可靠的控制保障。
一旦有某一个不间断电源9、11、10出现故障，不能正常工作时，也只是影响到其中一个不间断电源9、11、10相对应的系统，而其他不间断电源9、11、10对应系统的元器件不会受到影响，使整个风力发电系统不会造成更大地损失。
本发明实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，增加了不间断电源9、11、10，项目实施难度小，易于实现；而且采用模块化设计，易于维护；具有很高可靠性。
图1所示发电机可以为双馈风力发电机组。发电机3的定子端与并网开关2相连，发电机3的转子端与变流器机侧8相连，所述变流器8的机侧模块81可以通过两根直流母线与所述变流器8的网侧模块82相连，从而实现能量双向流动的双馈型风力发电机组。
当风速小于额定值时，电网向发电机3的转子端输出功率；当风速等于额定值时，发电机3的转子端与电网间为直流电；当风速大于额定值时，发电机3的定子端向电网供电，实现了能量双向流动。
当风吹动桨叶5时，变桨控制系统6通过实时改变桨叶的节距角，可以实现风能的最大捕获。桨叶5具体可以通过轮毂连接到齿轮箱4，使发电机3的旋转速度得以增加，实现发电机发电。
第一不间断电源(UPS)9、第三不间断电源(UPS)10、第二不间断电源(UPS)11被分别安装在变流器8、风机控制器7及变桨控制系统6中，当电网跌落时，将切断一次电源，UPS电源自动切换给变流器8(机侧模块或网侧模块)、风机控制器7及变桨控制系统6供电，以保证变流器8、风机控制器7及变桨控制系统6控制逻辑不出现混乱，相应元器件可靠动作，从而为实现低电压穿越提供可靠的控制保障。
为了便于及时检测到电网压降的情况，本发明第二实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，增加了检测单元。
下面结合图2具体说明本发明所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统第二实施例的结构。
参见图2，该图是本发明所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统第二实施例结构图。
本发明第二实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统相对第一实施例的区别在于，在变流器8、风机控制器7及变桨控制系统6中均安装有检测单元。
本发明第二实施例所述基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，具体在变流器8中设置有第一检测单元12，在变桨控制系统6中设置第二检测单元13，在风机控制器7中设置有第三检测单元14。
第一检测单元12，用于检测所述变流器8的一次电源供电情况，当检测到所述变流器8的电压低于第一预定值时，所述变流器8由第一不间断电源9供电。
第一预定值具体可以为110VAC至120VAC。第一预定值可以具体为115VAC。此时当第一检测单元12检测到所述变流器8的电压低于115VAC时，转由第一不间断电源9中的电池为所述变流器8供电。
第一检测单元12，当电网电压高于第二预定值时，转由第一不间断电源9(第一不间断电源9中的电池)为所述变流器8供电。
第二预定值具体可以为290VAC(交流290伏)至310VAC(交流300伏)。
优选，第二预定值为300VAC，即当第一检测单元12检测到所述变流器8的电压高于300VAC时，所述变流器8由第一不间断电源9供电。此时第一不间断电源9可以持续稳定地给所述变流器8的控制电路供电。
第二检测单元13，用于检测所述变桨控制系统6的一次电源供电情况，当检测到所述变桨控制系统6的电压低于第三预定值时，所述变桨控制系统6由第二不间断电源11供电。
第三预定值具体可以为310VAC至330VAC。
第三预定值优选为320VAC，即当第二检测单元13检测到所述变桨控制系统6的电压低于320VAC时，所述变桨控制系统6由第二不间断电源11供电。此时第二不间断电源11可以持续稳定地给所述变桨控制系统6的控制电路供电。
当电网电压(所述变桨控制系统6的电压)跌落到第三预定值时，转由第二不间断电源11中的电池为所述变桨控制系统6的控制电路供电。
第三检测单元14，用于检测所述风机控制器7的一次电源供电情况，当检测到所述风机控制器7的电压高于第五预定值时，所述风机控制器7由第三不间断电源供电。
第四预定值具体可以为110VAC至120VAC。第四预定值可以具体为115VAC。当第三检测单元14检测到所述风机控制器7的电压低于115VAC时，转由第三不间断电源10中的电池为所述风机控制器7的控制电路供电。
当电网电压(所述风机控制器7的电压)跌落到第四预定值时，转由第三不间断电源10中的电池为所述风机控制器7的控制电路供电。
第五预定值具体可以为290VAC至310VAC。
第五预定值优选为300VAC，即当第三检测单元14检测到所述风机控制器7的电压高于300VAC时，所述风机控制器7由第三不间断电源10供电。此时第三不间断电源10可以持续稳定地给所述风机控制器7的控制电路供电。
本发明还提供一种风力放电机，具体可以包括前文所述的任何一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，其特征在于：所述系统包括变压器、变流器、发电机、齿轮箱、桨叶、变桨控制系统以及风机控制器；所述变流器包括网侧模块、机侧模块和并网开关；
所述变压器一端与电网相连，另一端与所述变流器的网侧模块相连；
所述发电机的定子端与所述并网开关相连，所述发电机的转子端与所述变流器的机侧模块相连，所述变流器的机侧模块与所述变流器网侧模块相连；
所述桨叶连接到所述齿轮箱；所述齿轮箱与所述发电机相连；
所述变桨控制系统与所述桨叶相连，用于控制调节所述桨叶的节距角；
所述风机控制器与所述变桨控制系统、所述变流器均相连，用于控制风力发电机组的整体运行，并给所述变桨控制系统、所述变流器发送控制信号；
所述变流器中安装有第一不间断电源，当电网电压跌落时，由第一不间断电源为所述变流器供电；
所述变桨控制系统中安装有第二不间断电源，当电网电压跌落时，由第二不间断电源为所述变桨控制系统供电；
所述风机控制器中安装有第三不间断电源，当电网电压跌落时，由第三不间断电源为所述风机控制器供电。
2.根据权利要求1所述的基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，其特征在于，所述桨叶通过轮毂连接到所述齿轮箱。
3.根据权利要求1所述的基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，其特征在于，
所述变流器包括第一检测单元，用于检测所述变流器的一次电源供电情况，当检测到所述变流器的电网端电压低于第一预定值，或高于第二预定值时，所述变流器由第一不间断电源供电；
所述变桨控制系统包括第二检测单元，用于检测所述变桨控制系统的一次电源供电情况，当检测到所述变桨控制系统的电网端电压低于第三预定值时，所述变桨控制系统由第二不间断电源供电；
所述风机控制器包括第三检测单元，用于检测所述风机控制器的一次电源供电情况，当检测到所述风机控制器的电网端电压低于第四预定值，或高于第五预定值时，所述风机控制器由第三不间断电源供电。
4.根据权利要求1所述的基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，其特征在于，所述变流器的机侧模块通过两根直流母线与所述变流器的网侧模块相连。
5.根据权利要求4所述的基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，其特征在于，所述发电机为双馈风力发电机组。
6.根据权利要求1所述的基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统，其特征在于，所述第一不间断电源、第二不间断电源和第三不间断电源具体为超级电容或蓄电池。
7.一种风力发电机组，具体包括权利要求1至6任一项所述的基于风力发电机组低电压穿越的分布式供电系统。
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