CN104836497A - 风力发电电控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种风力发电电控系统，包括：柜体，所述柜体内设置有机侧开关柜、整流柜、逆变柜、电抗器柜、网侧开关柜和控制柜，且所述机侧开关柜、整流柜、逆变柜、电抗器柜、网侧开关柜和控制柜的电路系统之间通过铜排和电缆实现电气连接；所述柜体包括前柜体组和后柜体组；所述前柜体组和所述后柜体组呈背靠背方式设置。本发明的技术方案实现了主控，变流器，水冷的电控系统一体化，减少因分立设计带来的冗余设计成本，并且使柜体体积整体减小。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电电控系统。
背景技术
目前，主流的风电生产厂商，针对风力发电机组中常见的主控，变流器，水冷的电控系统的设计，采用独立子系统的设计模式，即三个子系统分别独立进行柜体设计和配电系统设计，以使得在从器件和柜体的利用上，有较大的冗余设计，导致成本较高。
发明内容
本发明的实施例提供一种风力发电电控系统，以实现将主控，变流器，水冷的电控系统进行一体化设计，减少因分立设计带来的冗余设计成本，并且使柜体体积整体减小。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风力发电电控系统，包括：柜体100，所述柜体100内设置有机侧开关柜1、整流柜2、逆变柜3、电抗器柜4、网侧开关柜5和控制柜6，且所述机侧开关柜1、整流柜2、逆变柜3、电抗器柜4、网侧开关柜5和控制柜6的电路系统之间通过铜排和电缆实现电气连接；
所述柜体100包括前柜体组101和后柜体组102；所述前柜体组101和所述后柜体组102呈背靠背方式设置。
如上所述的风力发电电控系统，所述前柜体组101包括所述网侧开关柜5、所述控制柜6和所述机侧开关柜1；
所述后柜体组102包括所述整流柜2、所述逆变柜3和所述电抗器柜4。
如上所述的风力发电电控系统，所述机侧开关柜1内从上至下依次设置有机侧断路器11和机侧滤波器12；且所述机侧开关柜1的外侧顶部设置有接线系统13，所述接线系统13内的线缆与所述机侧断路器11连接；
所述机侧断路器11与所述机侧滤波器12之间通过铜排实现电气连接。
如上所述的风力发电电控系统，所述整流柜2内设置有功率模块21；所述逆变柜3内设置有功率模块21’；所述电抗器柜4内设置有水冷电抗器41。
如上所述的风力发电电控系统，所述网侧开关柜5从上至下依次设置有：
制动单元51、网侧滤波器52和网侧断路器53；所述网侧滤波器52和网侧断路器53之间通过铜排实现电气连接；
所述网侧开关柜5的底部设置有线缆进出口54。
如上所述的风力发电电控系统，所述网侧开关柜5的外侧顶部还包括：制动电阻55；
所述制动单元51和所述制动电阻55之间通过铜排实现电气连接后，共同构成风力发电机的制动系统。
如上所述的风力发电电控系统，所述控制柜6内集成有所述风力发电电控系统中的所有的配电及控制单元。
如上所述的风力发电电控系统，所述整流柜2、所述逆变柜3和所述电抗器柜4内设置有通水支路，总进水管7和总出水管8；
所述总进水管7位于所述整流柜2、逆变柜3和电抗器柜4的底部，所述总进水管7的出水端通过软管与所述通水支路的进水端连接；
所述总出水管8位于所述整流柜2、逆变柜3和电抗器柜4的顶部，所述总出水管8的进水端通过软管与所述通水支路的出水端连接；
所述总进水管7的进水端和所述总出水管8的出水端位于所述电抗器柜4的底部。
如上所述的风力发电电控系统，所述机侧开关柜1、整流柜2、逆变柜3、电抗器柜4和网侧开关柜5在所述柜体100内按顺时针或逆时针顺序设置。
如上所述的风力发电电控系统，在所述控制柜6的底部设置有水泵9，所述水泵9分别与所述总进水管7和总出水管8连通，用于驱动所述总进水管7和总出水管8内的水体流动。
如上所述的风力发电电控系统，在所述控制柜6的底部还设置有与所述水泵9连接的膨胀阀10，且在所述水泵9与所述总进水管7和总出水管8的连接处还设置有三通阀14。
如上所述的风力发电电控系统，在所述机侧开关柜1、整流柜2和逆变柜3的内侧底部以及所述电抗器柜4的内侧顶部还设置有水风换热单元16。
本发明实施例提供的风力发电电控系统，是将现有风力发电机组中变流器、主控、水冷系统的各个部件按功能区分并重新组合为六个功能柜，即用于发电机侧开关控制的机侧开关柜、用于整流的整流柜、用于逆变的逆变柜、用于控制网侧电抗的电抗器柜、用于网侧开关控制的网侧开关柜和针对各功能柜进行配电和控制的控制柜。六个功能柜之间通过铜排和电缆实现电气连接，结构简单紧凑。各功能柜在整个长方形柜体中分为前柜体组和后柜体组；前柜体组和后柜体组呈背靠背方式设置，既便于整机信号调试和线缆排查，又利于对变流器的安装和维护。因此，本发明提供的风力发电电控系统解决了现有变流器装置结构分立不紧凑，冗余设计成本高、接线复杂、安装和维护不方便的问题。
附图说明
图1为本发明提供的风力发电电控系统的主视图；
图2为本发明提供的风力发电电控系统的侧视图；
图3为本发明提供的风力发电电控系统的正视图；
图4为本发明提供的风力发电电控系统的后视图。
图5为本发明提供的风力发电电控系统中水冷系统的结构示意图。
附图标号说明：
100-柜体、101-前柜体组、102-后柜体组、1-机侧开关柜、11-机侧断路器、12-机侧滤波器、13-接线系统、2-整流柜、21，21’-功率模块、3-逆变柜、4-电抗器柜、41-水冷电抗器、5-网侧开关柜、51-制动单元、52-网侧滤波器、53-网侧断路器、54-线缆进出口、55-制动电阻、6-控制柜、7-总进水管、8-总出水管、9-水泵、10-膨胀阀、14-三通阀、15-中间导管、16-水风换热单元。
具体实施方式
本发明的实施例提供的风力发电电控系统，是将现有风力发电机组中变流器、主控、水冷系统的各个部件按功能区分并重新组合为六个功能柜，且六个功能柜在整个长方形柜体中分为前柜体组和后柜体组以背靠背方式排布设置，既便于整机信号调试和线缆排查，又利于对变流器的安装和维护。
实施例一
图1和图2分别为本发明提供的风力发电电控系统的主视图和侧视图。结合图1和图2所示，本实施例提供的风力发电电控系统具体包括：
一个柜体100，该柜体100内设置有机侧开关柜1、整流柜2、逆变柜3、电抗器柜4、网侧开关柜5和控制柜6，且机侧开关柜1、整流柜2、逆变柜3、电抗器柜4、网侧开关柜5和控制柜6的电路系统之间通过铜排和电缆实现电气连接；
柜体100包括前柜体组101和后柜体组102；前柜体组101和后柜体组102呈背靠背方式设置。
其中，前柜体组101和后柜体组102分别包含上述功能柜中的三个功能柜。例如图1中所示，本实施例中的柜体100可以为一个长方体柜体，柜体100以其长度方向为水平方向前后并行的设置前柜体组101和后柜体组102。各功能柜在柜体100内的分布位置不作限定。根据各功能柜间功能的衔接关系，优选的如图1中所示，前柜体组101从左至右依次可以包括网侧开关柜5、控制柜6和机侧开关柜1；后柜体组102从左至右依次可以包括整流柜2、逆变柜3和电抗器柜4。
在具体应用场景中，机侧开关柜1通过电缆与风力发电机连接，将风电发电机电能资源传出，依次经过整流柜2和逆变柜3进行变流后，再经电抗器柜4进行电抗匹配，最后经网侧开关柜5输送到电网中。因此，在设置上述各功能之间的位置关系时，可参考实际各功能柜间的功能衔接关系进行设置，如将机侧开关柜1、整流柜2、逆变柜3、电抗器柜4和网侧开关柜5在柜体100内依次按顺时针或逆时针顺序设置，这样可以大大节省各功能柜之间的铜排或电缆，使布局更加紧凑，从而减少整个柜体的体积。对于控制柜6，由于其功能是对整个柜体100中各功能柜进行配电和控制，因此可将其置于柜体100的偏中间位置，如图1中设置于前柜体组101的中间位置，从而可以方便技术人员对整机信号进行调试。
以图1为例，在实际装配使用时，可将柜体100的前柜体组101设置于工作间的前方位置，便于技术人员对整机进行调配，对网侧和机侧设备进行开关控制；同时，后柜体组102位于技术人员接触不到的工作间后方位置，如靠墙壁位置，这样一方面可以减少外界对变流系统核心设备(整流器、逆变器等)的干扰，同时也使得技术人员远离这些大功率设备，保证人身安全。
进一步的，以下将对上述各功能柜的内部结构进行具体描述。
结合图3和图4所示，分别为图1所示风力发电电控系统的正视图和后视图。
如图3所示，在前柜体组101中：
机侧开关柜1内从上至下依次设置有机侧断路器11和机侧滤波器12；且机侧开关柜1的外侧顶部设置有接线系统13，接线系统13内的线缆与机侧断路器11连接；从而使得发电机通过接线系统13与风力发电电控系统连接；机侧断路器11与所述机侧滤波器12之间通过铜排实现电气连接。
网侧开关柜5从上至下依次设置有制动单元51、网侧滤波器52和网侧断路器53；其中，网侧滤波器52和网侧断路器53之间通过铜排实现电气连接；网侧开关柜5的底部设置有线缆进出口54。本实施例中风力发电电控系统将变流后产生的电能线缆通过该线缆进出口54连接至电网中。在网侧开关柜5的外侧顶部还包括：制动电阻55；上述制动单元51和制动电阻55之间通过铜排实现电气连接后，共同构成风力发电机的制动系统。
控制柜6内集成有本实施例中风力发电电控系统中的所有的配电及控制单元(图中未显示标号)。
如图4所示，在后柜体组102中：
整流柜2内设置有功率模块21。
逆变柜3内设置有功率模块21’。
功率模块21与功率模块21’共同构成了本实施例中风力发电电控系统中的变流器系统。
电抗器柜4内设置有水冷电抗器41，用于对变流器系统产生的电流进行阻抗匹配，而后通过网侧开关柜5输送至电网。
结合图3和图4所示，机侧断路器11、机侧滤波器12、功率模块21、功率模块21’以及水冷电抗器41可以对应的设置多组(图中为两组)，且各组之间顺序串联连接，最后经水冷电抗器41后并联接入网侧开关柜5。
进一步的，结合图3和图4所示，本发明实施例提供的风力发电电控系统还集成了水冷散热功能。具体实现方式为：
在整流柜2、逆变柜3和电抗器柜4内设置通水支路(图中未标出)，总进水管7和总出水管8；
所述总进水管7位于整流柜2、逆变柜3和电抗器柜4的底部，总进水管7的出水端通过软管与通水支路的进水端连接；
总出水管8位于整流柜2、逆变柜3和电抗器柜4的顶部，总出水管8的进水端通过软管与通水支路的出水端连接；
在图4中，总进水管7的进水端和总出水管8的出水端位于电抗器柜4的底部。
进一步的，为了将水冷、变流器、主控系统真正做到一体化，本发明实施例提供的风力发电电控系统集成了现有水冷系统的功能。具体说明如下：
如图3所示，本发明实施例提供的风力发电电控系统，在控制柜6的底部设置有水泵9，该水泵9分别与总进水管7和总出水管8连通，用于驱动总进水管7和总出水管8内的水体流动，从而在风力发电电控系统内实现一个较简单的水冷系统。相适应的，在控制柜6内集成的配电及控制单元中也包括水冷系统的配电和控制功能。
进一步的，作为上述水冷系统的优化，如图3所示，本发明实施例在控制柜6的底部还设置有与水泵9连接的膨胀阀10，以及如图4所示，在水泵9与总进水管7和总出水管8的连接处还设置有三通阀14。该三通阀14位于上述电抗器柜4的底部。如图5所示，为本实施例提供的水冷系统优化后的结构示意图，如图所示，该水冷系统包括总进水管7、总出水管8、水泵9、膨胀阀10和三通阀14。总出水管8通过中间导管15引入至电抗器柜4的底部。
进一步的，作为上述水冷散热系统的补充优化，本实施例在如图3和图4中还增设了水风换热单元16，利用柜体预设的风道实现风冷散热，最后再利用水风换热将柜体100内的热量通过水冷管路带到柜体外实现散热目的。
具体的，可以在机侧开关柜1、整流柜2和逆变柜3的内侧底部以及电抗器柜4的内侧顶部设置水风换热单元16。利用这些水风换热单元16可以对相应位置的设备因辐射产生的热量进行很好驱散。
本发明实施例提供的风力发电电控系统，通过将现有风力发电机组中变流器、主控、水冷系统的各个部件按功能区分并重新组合为六个功能柜，且各功能柜之间通过铜排和电缆实现电气连接，结构简单紧凑。各功能柜在整个长方形柜体中分为前柜体组和后柜体组；前柜体组和后柜体组呈背靠背方式设置，既便于整机信号调试和线缆排查，又利于对变流器的安装和维护。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种风力发电电控系统，其特征在于，包括：柜体(100)，所述柜体(100)内设置有机侧开关柜(1)、整流柜(2)、逆变柜(3)、电抗器柜(4)、网侧开关柜(5)和控制柜(6)，且所述机侧开关柜(1)、整流柜(2)、逆变柜(3)、电抗器柜(4)、网侧开关柜(5)和控制柜(6)的电路系统之间通过铜排和电缆实现电气连接；
所述柜体(100)包括前柜体组(101)和后柜体组(102)；所述前柜体组(101)和所述后柜体组(102)呈背靠背方式设置。
2.根据权利要求1所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述前柜体组(101)包括所述网侧开关柜(5)、所述控制柜(6)和所述机侧开关柜(1)；
所述后柜体组(102)包括所述整流柜(2)、所述逆变柜(3)和所述电抗器柜(4)。
3.根据权利要求1所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述机侧开关柜(1)内从上至下依次设置有机侧断路器(11)和机侧滤波器(12)；且所述机侧开关柜(1)的外侧顶部设置有接线系统(13)，所述接线系统(13)内的线缆与所述机侧断路器(11)连接；
所述机侧断路器(11)与所述机侧滤波器(12)之间通过铜排实现电气连接。
4.根据权利要求1所述的风力发电电控系统，其特征在于，
所述整流柜(2)内设置有功率模块(21)；
所述逆变柜(3)内设置有功率模块(21’)；
所述电抗器柜(4)内设置有水冷电抗器(41)。
5.根据权利要求1所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述网侧开关柜(5)从上至下依次设置有：
制动单元(51)、网侧滤波器(52)和网侧断路器(53)；所述网侧滤波器(52)和网侧断路器(53)之间通过铜排实现电气连接；
所述网侧开关柜(5)的底部设置有线缆进出口(54)。
6.根据权利要求5所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述网侧开关柜(5)的外侧顶部还包括：制动电阻(55)；
所述制动单元(51)和所述制动电阻(55)之间通过铜排实现电气连接后，共同构成风力发电机的制动系统。
7.根据权利要求1所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述控制柜(6)内集成有所述风力发电电控系统中的所有的配电及控制单元。
8.根据权利要求1所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述整流柜(2)、所述逆变柜(3)和所述电抗器柜(4)内设置有通水支路，总进水管(7)和总出水管(8)；
所述总进水管(7)位于所述整流柜(2)、逆变柜(3)和电抗器柜(4)的底部，所述总进水管(7)的出水端通过软管与所述通水支路的进水端连接；
所述总出水管(8)位于所述整流柜(2)、逆变柜(3)和电抗器柜(4)的顶部，所述总出水管(8)的进水端通过软管与所述通水支路的出水端连接；
所述总进水管(7)的进水端和所述总出水管(8)的出水端位于所述电抗器柜(4)的底部。
9.根据权利要求1-8任一项所述的风力发电电控系统，其特征在于，所述机侧开关柜(1)、整流柜(2)、逆变柜(3)、电抗器柜(4)和网侧开关柜(5)在所述柜体(100)内按顺时针或逆时针顺序设置。
10.根据权利要求8所述的风力发电电控系统，其特征在于，在所述控制柜(6)的底部设置有水泵(9)，所述水泵(9)分别与所述总进水管(7)和总出水管(8)连通，用于驱动所述总进水管(7)和总出水管(8)内的水体流动。
11.根据权利要求10所述的风力发电电控系统，其特征在于，在所述控制柜(6)的底部还设置有与所述水泵(9)连接的膨胀阀(10)，且在所述水泵(9)与所述总进水管(7)和总出水管(8)的连接处还设置有三通阀(14)。
12.根据权利要求10或11所述的风力发电电控系统，其特征在于，在所述机侧开关柜(1)、整流柜(2)和逆变柜(3)的内侧底部以及所述电抗器柜(4)的内侧顶部还设置有水风换热单元(16)。
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