CN106230022B - 提高低风速双馈发电机发电量方法、装置及双馈发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高低风速双馈发电机发电量方法、装置及双馈发电机组，该方法步骤包括：1)实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，转入执行步骤2)；2)调节并网变压器的低压侧输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过双馈变流器控制范围；该装置包括控制模块以及电压调节模块，电压调节模块连接至与并网侧变压器低压侧；该双馈发电机组包括双馈发电机以及与双馈发电机配套连接的双馈变流器、并网变压器，双馈发电机配套设置有上述装置，当恢复正常风速时，控制调节回并网变压器额定电压。本发明能够提高低风速下双馈风力发电机发电量，且具有实现操作简单、所需成本低、运行可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及双馈型风力发电机技术领域，尤其涉及一种提高低风速双馈发电机发电量方法、装置及双馈发电机组。
背景技术
双馈型风力发电机组是目前主流风电机组产品，在风电机组总装机量中占比超过50％，它具有有功功率、无功功率均可独立调节、调速范围宽以及所需励磁变流器容量较小等优点。
双馈型风力发电机组是采用双馈异步发电机发电，发电机由双馈风电变流器进行控制，双馈发电机的定子绕组直接连接电网、转子绕组连接双馈风电变流器，发电机发出的电能大部分经定子送到电网，而小部分经双馈风电变流器送到电网。根据风力发电的相关理论，在额定转速以下，风电机组为了实现最大风能捕获，需要保持桨叶叶尖速度与风速的比值(简称叶尖速比)恒定为某最佳值，即最佳叶尖速度决定了最佳发电机转速。双馈风力发电机的转速范围为切入转速到额定风速，同步转速一般设计在转速范围的中心位置。随着风速的降低，为了发出最多的电能，发电机的转速必须相应降低，然而对于双馈型风电机组，在同步转速以下转速并不能随风速无限制地下降。在同步转速下，随着风速的减小，发电机转差率会越来越大，由于定子绕组直接连接电网，发电机转子绕组反电势与转差率成正比，即转速越低则转差率越大，当转速小到该反电势线电压峰值大于双馈变流器直流侧母线电压时，双馈变流器对转子绕组的有功和无功将不可控，无法实现正常发电，甚至可能会损坏变流器。
鉴于上述问题，目前的系统控制中，为保证正常发电，当风速小到一定程度后，双馈风力发电机的转速不再控制为最佳转速，但这会使得风电机组的风能利用率降低，而当发电量小于机组的电能损耗时，风电机组将停止运行。也正是由于上述原因，目前兆瓦级双馈型风电机组通常相比同步发电机型风电机组的切入风速较高，如为3米/秒，而同步发电机型风电机组的发电机理论上转速小到零时变流器还能对其进行控制，所以其切入风速一般可以低到2.5米/秒及以下。
为了提供低风速下双馈风力发电机的发电量，以解决转速过低时双馈电机转子绕组电压过高影响控制的问题，目前通常是改变低风速时双馈发电机的发电模式来实现最佳捕获风能。如专利申请CN 103138669 A提供一种风力发电机组及其工作模式切换方法，在双馈发电机及双馈变流器及双馈发电机与电网间增加开关模组，并增加必要的阻抗网络，通过开关模组各开关单元的断开与闭合实现发电机工作模式的切换，使得风力发电机组能在双馈机发电模式和感应电机发电模式间进行切换，在低风速情况下能切换至感应机发电模式，提高了风力发电机组在低风速场景下的发电效率；以及专利申请CN201260146Y公开一种混合型风力发电机组，机组轮毂的输出轴串联连接一台大功率双馈异步发电机和小功率发电机，异步发电机转子经双馈变流器连接电网、定子直接连接电网，小功率发电机定子经变流器连接电网；当风速较大时由双馈异步发电机发电，而低风速时由小功率发电机发电，以实现在低风速直至额定风速时都能保证最佳叶尖速比，风能利用系数保持最佳。上述提高双馈发电机低风速下发电量的方式均是基于双馈发电机本身，系统实现较为复杂，降低了系统运行的可靠性，而且成本昂贵，不便于实际使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够提高低风速下双馈风力发电机发电量，且实现操作简单、所需成本低、运行可靠性高的提高低风速双馈发电机发电量方法、装置及双馈发电机组。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种提高低风速下双馈风力发电机发电量方法，步骤包括：
1)实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，转入执行步骤2)；
2)调节与目标发电机配套连接的并网变压器的低压侧输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2)中具体将并网变压器的低压侧输出电压调低至目标电压值，所述目标电压值为使得最低工作风速时目标发电机实现最佳捕获风能，所产生的转子电压不超过双馈变流器控制范围所允许的最高输出电压。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤2)中具体通过调节并网变压器低压侧的绕组匝数调节输出电压。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1)中具体通过风速、目标发电机的转速或综合风速与目标发电机的转速监测目标发电机是否处于低风速环境。
一种提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，包括相互连接的控制模块以及电压调节模块，所述电压调节模块连接至与目标发电机配套连接的并网侧变压器低压侧，所述控制模块实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，控制所述电压调节模块调节并网侧变压器的输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围。
作为本发明装置的进一步改进：所述电压调节模块为调节并网变压器低压侧的绕组匝数的调节组件。
作为本发明装置的进一步改进：所述调节组件包括切换控制单元、以及分别与所述切换控制单元连接的第一开关单元、第二开关单元，所述第一开关单元设置在所述并网变压器的低压侧输出端，所述第二开关单元的一端连接并网变压器低压侧绕组中对应输出调节电压的抽头位置，另一端连接至并网变压器低压侧绕组的输出端；所述切换控制单元通过断开所述第一开关单元、闭合所述第二开关单元，控制并网变压器低压侧输出所需的调节电压。
作为本发明装置的进一步改进：所述调节组件包括相互连接的切换控制单元以及短接开关单元，所述短接开关单元的一端连接并网变压器低压侧绕组中对应输出调节电压的抽头位置，另一端连接至并网变压器低压侧绕组的输出端；所述切换控制单元通过控制闭合所述短接开关单元，控制并网变压器低压侧输出所需的调节电压。
作为本发明装置的进一步改进：所述短接开关单元为三相开关或由三个单相开关构成，分别对应并网变压器低压侧三相绕组；所述短接开关单元中开关为交流开关或断路器。
作为本发明装置的进一步改进：所述切换控制单元需要控制开关动作时，立即执行开关动作；或所述切换控制单元需要控制开关动作时，控制目标发电机将有功输出降低为零，断开连接在所述并网变压器与双馈变流器之间的断路器后控制开关动作，再将所述断路器闭合，使得所述双馈变流器重新控制目标发电机进入发电状态。
作为本发明装置的进一步改进：所述短接开关单元设置在并网变压器附近或风机塔筒的地面层。
本发明进一步提供一种双馈风力发电机组，包括双馈发电机以及与所述双馈发电机配套连接的双馈变流器、并网变流器，所述双馈发电机的定子绕组连接电网，所述双馈风电变流器连接在所述双馈发电机的转子绕组和电网之间，所述并网变压器的低压侧分别连接所述双馈变流器的电网侧、所述双馈发电机的定子绕组，所述并网变压器的高压侧连接电网，所述双馈发电机配套设置有上述装置；当恢复正常风速环境时，控制将所述并网变压器的低压侧输出电压调节回额定电压。
与现有技术相比，本发明提高低风速发电机发电量方法及装置的优点在于：
1)本发明通过实时监测双馈风力发电机的风速环境，当监测到处于低风速环境时，通过调节并网变压器低压侧输出电压，使得发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过双馈变流器的控制范围，这样能够在低风速时即实现最佳捕获风能，同时确保双馈发电机的转子反电势都不会超过双馈变流器的输出电压能力范围，解决了低风速时若实现最佳捕获风能双馈电机的转子绕组电压过高会影响控制的问题，能够有效提高低风速下双馈风力发电机的发电量，从而有利于降低风电机组所设计的切入风速，且实现操作简单、所需成本低及实现效率高；
2)本发明通过调节并网侧变压器低压侧的电压来改变双馈发电机定子电压，使得双馈发电机的转子反电势不会超过双馈变流器的输出电压能力范围，结合与双馈风力发电机配套连接的并网侧变压器实现低风速环境下发电量提升，无需改变发电机本身或风电机组的结构，运行可靠性高；
3)本发明进一步通过增加控制开关对并网变压器进行改进，实现并网变压器输出电压的调节以提高低风速下发电机发电量，相比传统的需要短接双馈发电机定子绕组或转子绕组的方案，所需要增加的开关器件少，所需成本小且可靠性高，且易于实现；
4)本发明进一步通过对并网变压器设置短接开关，通过短接变压器绕组的部分线圈实现电压调节，能够进一步省略大电流容量开关，减少开关器件的使用。
与现有技术相比，本发明双馈风力发电机组的优点在于：
1)本发明双馈风力发电机组，通过实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，调节与目标发电机配套连接的并网变压器的低压侧输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围；当恢复正常风速环境时，控制将并网变压器的低压侧输出电压调节回额定电压，从而使得在正常风速以及低风速环境下均能实现最佳叶尖速而最大获取风能发电，提高风电机组的发电效率；
2)本发明结合双馈风力发电机组的结构特点，通过调节与双馈发电机配套连接的并网变压器的输出电压，实现低风速下双馈风力发电机发电量的提升，无需改变发电机本身的结构，实现操作简单、所需成本低且运行可靠性高。
附图说明
图1是本实施例提高低风速下双馈风力发电机发电量方法的实现流程示意图。
图2是双馈型风力发电机组系统的结构原理示意图。
图3是本实施例风电机组的机械输入功率、转速对风速的性能曲线图。
图4是本实施例并网变压器的结构原理示意图。
图5是本实施例第一种实现并网变压器低压测输出电压调节的结构原理示意图。
图6是本实施例另一种实现并网变压器低压测输出电压调节的结构原理示意图。
图7是本发明具体实施例中双馈风力发电机组的结构原理示意图。
图8是本实施例中控制开关动作的原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提高低风速下双馈风力发电机发电量方法，步骤包括：
1)实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，转入执行步骤2)；
2)调节与目标发电机配套连接的并网变压器的低压侧输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围。
双馈型风力发电机组系统如图2所示，与双馈风力发电机配套连接有双馈风电变流器、并网变压器，其中双馈风电变流器连接在发电机转子绕组和电网之间，通过对转子绕组的有功与无功电流的控制来控制发电机定子的有功与无功电流输出；双馈发电机定子绕组连接电网，并网变压器的低压侧连接双馈变流器的电网侧和发电机的定子，高压侧连接大电网。并网变压器在高压侧采用三角形接法，低压侧为星形接法。
本实施例从基于低风速下影响双馈发电机的转速不能太低的原因是转子反电势太大将会超过双馈变流器控制范围的核心问题出发，通过实时监测双馈风力发电机的风速环境，当监测到处于低风速环境时，通过调节并网变压器低压侧输出电压，使得发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，即实现最佳叶尖速比，转子电压不会超过双馈变流器的控制范围，这样能够在低风速时即实现最佳捕获风能，同时确保双馈发电机的转子反电势都不会超过双馈变流器的输出电压能力范围，解决了低风速时若实现最佳捕获风能双馈电机的转子绕组电压过高会影响控制的问题，能够有效提高低风速下双馈风力发电机的发电量，从而有利于降低风电机组所设计的切入风速，且实现操作简单、所需成本低、实现效率高。
本实施例通过调节并网侧变压器低压侧的电压来改变双馈发电机定子电压，使得双馈发电机的转子反电势不会超过双馈变流器的输出电压能力范围，结合与双馈风力发电机配套连接的并网侧变压器实现低风速环境下发电量提升，无需改变发电机本身或风电机组的结构，运行可靠性高。
本实施例中，步骤1)中具体通过风速、目标发电机的转速或综合风速与目标发电机的转速监测目标发电机是否处于低风速环境，即由风速或由发电机的转速或由风速与转速两者综合确定当前是否为低风速环境。具体可实时监测目标发电机所处环境的风速(具体可取一段时间内风速的平均值)或监测发电机的转速(具体可取一段时间内转速的平均值)，判断是否低于预设阈值，如果是则判定为处于低风速环境，转入执行步骤2)。低风速环境具体可根据风力发电机组的输入功率、发电机转速对风速的性能曲线确定。本实施例具体为2MW双馈风力发电机，其风电机组的性能曲线如图3所示，由图中可知，在风速为4.1m/s到7.7m/s的区间，发电机转速随风速相应变化，保证了最佳叶尖速比以最大捕获风能，而在2.9m/s到4.1m/s之间无法保证最佳叶尖速比，则可设定风速小于4.1m/s或转速小于650rpm(如图中拐点所示)对应为低风速环境。
本实施例中，步骤2)中具体将并网变压器的低压侧输出电压调低至目标电压值，目标电压值为使得最低工作风速时目标发电机实现最佳捕获风能所产生的转子电压不超过双馈变流器控制范围所允许的最高输出电压。
设电网额定电压有效值为Ug，实际工作电压为U，发电机的同步转速为n0，在空载和额定电网电压情况下，发电机堵转电压为Uk，则在某转速n时的发电机转子反电势的计算公式为：
如目标发电机为2MW双馈风力发电机，且同步转速为1000rpm，额定工作转速为1200rpm，其空载堵转电压为1950V，定子额定工作电压为690V，最低工作转速为650rpm,考虑电网电压上浮10％的情况下，在650rpm时，根据上面的公式得到转子反电势为750V，已经接近双馈变流器能够控制的极限。如图3所示，在2.9m/s到4.1m/s之间无法保证最佳叶尖速比，若要最大获取风能，在2.9m/s时最佳转速应低到455rpm，按照式(1)可计算此时的转子反电势电压极端情况下将达到1169V(具体取有效值)，则远远超出了基于1700V两电平IGBT的双馈风电变流器的输出电压控制能力。
如果能使得双馈发电机能工作在低至455rpm的转速时所产生的转子电压都不会超过双馈风电变流器的控制范围，则在2.9m/s到4.1m/s之间均能够既保证最佳叶尖速比，实现最佳捕获风能，又能够保证不会影响控制。本实施例并网变压器所要调节的目标调节电压具体取使得最低工作风速时实现最佳捕获风能所产生的转子电压不超过双馈变流器控制范围所对应的定子电压大小，则当发电机处于低风速环境时，控制并网变压器的低压侧调低至目标电压值后，即可在低风速环境下实现最佳捕获风能，同时转子电压不会超过双馈变流器控制范围。本实施例中双馈风电变流器的最大可输出电压具体为750V，要实现对应最低工作风速时455rpm的最佳转速，不考虑传输电缆压降的影响时，并网变压器低压档输出额定电压按照式(1)计算为430V，即低风速环境时可将并网侧变压器低压侧的电压调低至430V左右。
本实施例根据最低工作风速对并网变压器低压侧设置一档调节电压，当然在其他实施例中也可以根据实际需求设置多档调节电压输出，通过调节并网变压器低压侧输出不同档电压，以提升低风速环境下不同风速时风电机组性能。
本实施例步骤2)中具体通过调节并网变压器低压侧的绕组匝数调节输出电压。并网变压器的结构如图4所示，本实施例具体通过从并网变压器低压侧的绕组引出抽头端子，结合控制开关以控制调节绕组匝数。通过增加控制开关对并网变压器进行改进，相比传统的需要短接双馈发电机定子绕组或转子绕组的方案，所需要增加的开关器件少，所需成本小且可靠性高，易于控制实现。
本实施例第一种实现调节并网变压器低压侧绕组匝数的结构如图5所示，并网变压器低压侧绕组的输出端u1、v1及w1对应输出额定电压，从绕组中间对应输出所需调节电压(如上述430V)位置引出抽头端子u2、v2及w2，由u2、v2及w2输出低风速环境下所需的低档位额定电压，u1、v1及w1输出以及u2、v2及w2分别设置控制开关(KM1-1、KM1-2及KM1-3；KM2-1、KM2-2及KM2-3)，正常风速时，KM1-1、KM1-2及KM1-3断开，而KM2-1、KM2-2及KM2-3闭合，并网变压器输出额定电压；而低风速环境时，KM2-1、KM2-2及KM2-3断开，而KM1-1、KM1-2及KM1-3闭合，并网变压器输出低档位电压。控制开关具体可通过风电机组整机控制系统控制动作，实现两档电压的切换。控制开关KM1-1、KM1-2及KM1-3；KM2-1、KM2-2及KM2-3具体均可以分别使用三个单相开关，也可以分别使用一个三相开关。由于开关KM2-1、KM2-2及KM2-3对应正常风速时输出额定电压，因而可选取开关电流容量较大的开关；而KM1-1、KM1-2及KM1-3只用于低风速环境下输出低档电压，因而可选取相比电流容量要求较小的开关。
本实施例调节并网变压器低压侧绕组匝数的另一种实现结构如图6所示，只需使用一个电流容量较小的三相开关KM或三个单相开关(KM-1、KM-2及KM-3)作为短接开关，三相开关KM或三个单相开关(KM-1、KM-2及KM-3)的一端连接至并网变压器低压侧绕组中输出低档位电压的位置，另一端连接并网变压器低压侧输出端。在正常风速环境时三相开关KM(或三个单相开关KM-1、KM-2及KM-3)断开以输出额定电压；而在低风速环境下，则将三相开关KM(或KM-1、KM-2及KM-3)闭合，使得并网变压器低压侧的绕组的部分线圈被短路，由变压器输出端u、v及w所输出的电压亦即为第一种实现结构中由端子u2、v2与w2输出的电压，从而通过短接实现电压调节，相比于第一种实现结构可以省略需要使用配合正常风速应用工况的大电流容量开关，减少开关器件的使用。
本实施例中，短接开关单元具体设置并网变压器附近或风机塔筒的地面层，可以方便对其执行检修、维护。
本实施例中，当监测到处于低风速环境需要控制开关动作时，先控制目标发电机将有功输出降低为零，断开连接在所述并网变压器与双馈变流器之间的断路器，控制开关动作完后再将断路器闭合，使得双馈变流器重新控制目标发电机进入发电状态。也可以当监测到处于低风速环境时立即控制开关动作，为避免由于电网短时低电压或高电压骤变而引起大面积风电机组脱网引起电网崩溃，双馈风电变流器均需具有低电压穿越或高电压穿越功能，因此虽然会造成发电机定子电压突变而需要执行低电压穿越或高电压穿越的控制过渡过程，但该过渡过程较前述控制方案时间短的多，因而控制效率更高。
本实施例通过调节并网变压器低压侧绕组匝数来调节输出电压，当然也可以根据实际需求采用其他方法实现并网变压器输出电压调节，如并网变压器设置两套绕组以对应输出额定电压以及低风速环境时所需调节电压。
本实施例提高低风速下双馈风力发电机发电量的装置，包括相互连接的控制模块以及电压调节模块，电压调节模块连接至与目标发电机配套连接的并网侧变压器低压侧，控制模块实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，控制电压调节模块调节并网侧变压器的输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围。
本实施例控制模块监测到目标发电机处于低风速环境时，具体控制电压调节模块将并网变压器的低压侧输出电压调低至目标电压值，目标电压值为使得最低工作风速时目标发电机实现最佳捕获风能所产生的转子电压不超过双馈变流器控制范围所允许的最高输出电压，目标电压值的确定方法如上所述。
本实施例中，电压调节模块为调节并网变压器低压侧的绕组匝数的调节组件，通过调节组件调节并网变压器低压侧的绕组匝数来调节输出电压。
本实施例中，调节组件的第一种结构具体调节组件包括切换控制单元、以及分别与所述切换控制单元连接的第一开关单元、第二开关单元，第一开关单元设置在所述并网变压器的低压侧输出端，第二开关单元的一端连接并网变压器低压侧绕组中对应输出目标电压值的抽头位置，另一端连接至并网变压器低压侧绕组的输出端；切换控制单元通过断开第一开关单元、闭合第二开关单元，控制并网变压器低压侧输出所需的目标电压。其中第一开关单元为三相开关或由三个单相开关构成，分别对应并网变压器低压侧三相绕组；第二开关单元为三相开关或由三个单相开关构成，分别对应并网变压器低压侧三相绕组，开关具体可为交流断路器或接触器等。
本实施例第一种结构的调节组件具体如图5所示(切换控制单元未示出)，第一开关单元包括开关KM1-1、KM1-2及KM1-3，第二开关单元包括开关KM2-1、KM2-2及KM2-3，开关(KM1-1、KM1-2、KM1-3)、开关(KM2-1、KM2-2、KM2-3)为三相开关或三个单相开关，切换控制单元具体由风电机组的整机控制系统实现。正常风速时，第一开关单元(KM1-1、KM1-2及KM1-3)为断开状态，而第二开关单元(KM2-1、KM2-2及KM2-3)为闭合状态，并网变压器输出额定电压；而低风速环境时，整机控制系统控制第二开关单元(KM2-1、KM2-2及KM2-3)断开、第一开关单元(KM1-1、KM1-2及KM1-3)闭合，控制并网变压器输出低档位的目标电压。
本实施例中，调节组件的另一种结构包括相互连接的切换控制单元以及短接开关单元，短接开关单元的一端连接并网变压器低压侧绕组中对应输出目标电压值的抽头位置，另一端连接至并网并网变压器低压侧绕组的输出端；切换控制单元通过控制闭合短接开关单元，控制并网变压器低压侧输出所需的目标电压。其中短接开关单元为三相开关或由三个单相开关构成，分别对应并网变压器低压侧三相绕组，开关具体可为三相交流断路器或接触器等。调节组件的另一种结构具体如图6所示(切换控制单元未示出)，短接开关单元包括三相开关KM(或三个单相开关KM-1、KM-2及KM-3)，切换控制单元具体由风电机组的整机控制系统实现；在正常风速环境时三相开关KM(或三个单相开关KM-1、KM-2及KM-3)为断开状态以输出额定电压；而在低风速环境下，整机控制系统控制将三相开关KM(或KM-1、KM-2及KM-3)闭合，使得并网变压器低压侧的绕组的部分线圈被短路，从而通过短接实现电压调节，输出所需的目标电压，相比于第一种实现结构可以省略需要使用大电流容量开关，减少开关器件的使用。
本实施例中，切换控制单元(具体有整机控制系统实现)当监测到处于低风速环境需要控制开关动作时，先控制目标发电机将有功输出降低为零，断开连接在所述并网变压器与双馈变流器之间的断路器，控制开关动作完后再将断路器闭合，使得双馈变流器重新控制目标发电机进入发电状态。切换控制单元也可以当监测到处于低风速环境时立即控制开关动作，提高控制效率。
如图7所示，本实施例双馈风力发电机组包括双馈发电机以及与双馈发电机配套连接的双馈变流器、并网变流器，双馈发电机的定子绕组连接电网，双馈风电变流器连接在双馈发电机的转子绕组和电网之间，并网变压器的低压侧分别连接双馈变流器的电网侧、双馈发电机的定子绕组，并网变压器的高压侧连接大电网，双馈发电机配套设置有上述提高低风速下双馈风力发电机发电量的装置；当恢复正常风速环境时，控制将并网变压器的低压侧输出电压调节回额定电压。提高低风速下双馈风力发电机发电量的装置具体采用如图6所示结构，其中切换控制单元由风电机组的整机控制系统实现，当恢复正常风速，控制断开短接开关单元(KM-1、KM-2及KM-3)，以控制并网变压器输出额定电压。
本实施例双馈风力发电机组，通过由上述提高低风速下双馈风力发电机发电量的装置实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，调节与目标发电机配套连接的并网变压器的低压侧输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围；当恢复正常风速环境时，控制将并网变压器的低压侧输出电压调节回额定电压，从而使得在正常风速以及低风速环境下均能实现最佳叶尖速而最大获取风能发电，提高风电机组的发电效率。
本实施例结合双馈风力发电机组的结构特点，通过调节与双馈发电机配套连接的并网变压器的输出电压，实现低风速下双馈风力发电机发电量的提升，无需改变发电机的结构，实现操作简单、所需成本低且运行可靠性高。
本实施例由风电机组的整机控制系统实现调节电压的控制功能，包括切换控制单元功能以及将并网变压器的低压侧输出电压调节回额定电压的控制功能，实现根据风速或转速分段控制并网变压器的输出电压，从而使得正常风速以及低风速环境时均能实现最佳捕获风能。本实施例控制开关的动作点如图8所示，其中(a)中对应根据风速控制开关，图(b)中对应根据转速控制开关。当风速小于预设阈值(对应图3中速度曲线拐点4.1m/s每秒)或转速降到预设阈值(对应图3所示速度曲线拐点650rpm)时，由整机控制系统发出闭合指令信号，将短接开关KM-1、KM-2及KM-3闭合，此时发电机定子将从额定电压降到所需的低压(如上述430V)；当转速增大到预设阈值(对应图3中750rpm)或风速增大到预设阈值(对应图3中4.9m/s)，由整机控制系统发出指令信号控制短接开关KM-1、KM-2及KM-3断开。为了防止开关的频繁动作，本实施例基于风速或转速控制开关控制开关动作还具体设置有迟滞宽度。
本实施例整机控制系统需要控制开关切换动作时，可以在达到动作点(低风速环境判定阈值、正常环境判定阈值)时立即控制开关动作，也可以先控制发电机将有功输出降低为零，再将变流器连接并网变压器的断路器(Q1)断开后对开关进行切换动作，切换完后将断路器(Q1)合上，变流器重新控制发电机定子并网进入发电状态。也可以当判断到风速或转速达到动作点时立即操作开关动作。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (11)
1.一种提高低风速下双馈风力发电机发电量方法，其特征在于，步骤包括：
1）实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，转入执行步骤2）；
2）调节与目标发电机配套连接的并网变压器的低压侧输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围；所述步骤2）中具体将并网变压器的低压侧输出电压调低至目标电压值，所述目标电压值为使得最低工作风速时目标发电机实现最佳捕获风能，所产生的转子电压不超过双馈变流器控制范围所允许的最高输出电压。
2.根据权利要求1所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量方法，其特征在于：所述步骤2）中具体通过调节并网变压器低压侧的绕组匝数调节输出电压。
3.根据权利要求1所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量方法，其特征在于：所述步骤1）中具体通过风速、目标发电机的转速或综合风速与目标发电机的转速监测目标发电机是否处于低风速环境。
4.一种提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于包括相互连接的控制模块以及电压调节模块，所述电压调节模块连接至与目标发电机配套连接的并网侧变压器低压侧，所述控制模块实时监测目标发电机是否处于低风速环境，如果是，控制所述电压调节模块调节并网侧变压器的输出电压，使得目标发电机在低风速环境下实现最佳捕获风能时，转子电压不会超过与目标发电机配套连接的双馈变流器的控制范围。
5.根据权利要求4所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于：所述电压调节模块为调节并网变压器低压侧的绕组匝数的调节组件。
6.根据权利要求5所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于：所述调节组件包括切换控制单元、以及分别与所述切换控制单元连接的第一开关单元、第二开关单元，所述第一开关单元设置在所述并网变压器的低压侧输出端，所述第二开关单元的一端连接并网变压器低压侧绕组中对应输出调节电压的抽头位置，另一端连接至并网变压器低压侧绕组的输出端；所述切换控制单元通过断开所述第一开关单元、闭合所述第二开关单元，控制并网变压器低压侧输出所需的调节电压。
7.根据权利要求5所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于：所述调节组件包括相互连接的切换控制单元以及短接开关单元，所述短接开关单元的一端连接并网变压器低压侧绕组中对应输出调节电压的抽头位置，另一端连接至并网变压器低压侧绕组的输出端；所述切换控制单元通过控制闭合所述短接开关单元，控制并网变压器低压侧输出所需的调节电压。
8.根据权利要求7所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于：所述短接开关单元为三相开关或由三个单相开关构成，分别对应并网变压器低压侧三相绕组；所述短接开关单元中开关为交流开关或断路器。
9.根据权利要求6或7或8所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于：所述切换控制单元需要控制开关动作时，立即执行开关动作；或所述切换控制单元需要控制开关动作时，控制目标发电机将有功输出降低为零，断开连接在所述并网变压器与双馈变流器之间的断路器后控制开关动作，再将所述断路器闭合，使得所述双馈变流器重新控制目标发电机进入发电状态。
10.根据权利要求7或8所述的提高低风速下双馈风力发电机发电量装置，其特征在于：所述短接开关单元设置在并网变压器附近或风机塔筒的地面层。
11.一种双馈风力发电机组，包括双馈发电机以及与所述双馈发电机配套连接的双馈变流器、并网变压器，所述双馈发电机的定子绕组连接电网，所述双馈变流器连接在所述双馈发电机的转子绕组和电网之间，所述并网变压器的低压侧分别连接所述双馈变流器的电网侧、所述双馈发电机的定子绕组，所述并网变压器的高压侧连接电网，其特征在于：所述双馈发电机配套设置有权利要求4～10任意一项所述的装置；当恢复正常风速环境时，控制将所述并网变压器的低压侧输出电压调节回额定电压。
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