CN107769184A - 一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，包括超级电容储能系统、第一风机电气控制柜、第二风机电气控制柜和风机变流器，所述超级电容储能系统的下端设置有机舱承重架和支架，支架固定安装在机舱承重架的上端；所述超级电容储能系统包括超级电容柜和超级电容控制柜。本用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构适用于风机变流器的直流母线电压过冲时，用于遏制直流母线电压幅度，将溢出能量存入超级电容柜，在直流母线电压正常时，将超级电容柜存储的电能返回风机变流器直流母线电压；整体能够有效地减少机组停机次数，并且对过压导致的风电变流器IGBT炸机故障起到较好的保护作用。

Description

一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构。
背景技术
双馈风电机组由于其成本及效率上的优势，在过去几年中逐渐占据风电市场主流，成为目前主流的变速机组。但是由于其定子直接连接电网，通过变流器连接转子对其转子进行励磁，导致其容易受到电网扰动及故障的影响。电网扰动主要有电压和频率，频率扰动对变速机组影响不大，这主要是因为双馈机组的控制采用了矢量解耦控制技术；但电压扰动对双馈机组影响较大，这是因为双馈机组变流器安装在旋转部件转子上，定子电压扰动分量经过角频率折算将会在转子侧放大，导致转子出现较大暂态，损坏变流器。除此之外，电压扰动还会对双馈机组稳定性产生影响，一方面体现在磁链振荡引起的直流母线电压振荡；另一方面体现在功率不平衡引起的直流母线电压过压。就目前主流双馈机组保护装置而言，在电网电压大值扰动时，通常采用转子撬棒(crowbar)来旁路变流器，保证变流器不因转子过电流而损坏；在电网电压小值跌落时，转子瞬时电流在变流器允许范围内，但直流母线会出现瞬时过压，目前是通过直流卸荷电路(chopper)来保证直流母线稳定，同时，直流卸荷电路也可平衡转子功率和网侧变流器输出功率，保证变流器正常工作，针对双馈风电机组主控、变流器控制不可更改的现状，提出一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，具有能够有效地减少机组停机次数，对过压导致的风电变流器IGBT炸机故障起到较好的保护作用的优点，解决了现有技术中双馈风电机组主控、变流器控制不可更改的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，包括超级电容储能系统、第一风机电气控制柜、第二风机电气控制柜和风机变流器，所述超级电容储能系统的下端设置有机舱承重架和支架，支架固定安装在机舱承重架的上端；所述超级电容储能系统为两套，超级电容储能系统包括超级电容柜和超级电容控制柜，超级电容柜和超级电容控制柜背靠背固定安装在机舱承重架尾端的支架上；所述第一风机电气控制柜固定安装在超级电容储能系统的侧端，风机变流器位于第一风机电气控制柜的侧端，风机变流器的侧端设置有机舱内吊装口，机舱内吊装口通过螺母与风机变流器固定连接，第二风机电气控制柜位于机舱内吊装口的外侧；所述超级电容柜和超级电容控制柜电连接，超级电容控制柜与风机变流器电连接。
优选的，所述超级电容柜的前端面设置有控制接口J1，后端面设置有接线端子J3、接线端子J4、铜排J5、铜排J6和铜排J7，超级电容控制柜的前端面设置有接线端子M1、空开K1和空开K2，控制接口J1的接口1接单元输出端，控制接口J1的接口2接电源的输入端，控制接口J1的接口3接接空开K2的引脚2，控制接口J1的接口4接空开K2的引脚1，控制接口J1的接口接电源输入端，控制接口J1的接口6接电源输入端，接线端子J3接空开K1的引脚3，接线端子J4接空开K1的引脚1，铜排J5接接线端子M1，铜排J6接风机变流器的直流母线负极，铜排J7接风机变流器的直流母线正极。
优选的，所述超级电容柜的尺寸为600mm*700mm*1800mm，超级电容控制柜(8)的尺寸为600mm*600mm*1800mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构由超级电容柜和超级电容控制柜两部风构成，适用于风机变流器的直流母线电压过冲时，用于遏制直流母线电压幅度，将溢出能量存入超级电容柜，在直流母线电压正常时，将超级电容柜存储的电能返回风机变流器直流母线电压，具体可应对风电机组三种工况，第一：首先低穿发生时，可以用于分担CROWBAR压力；第二：阵风时，功率突增，可以分担网侧变换器的压力，压制直流母线电压幅度；第三：当电网电压偏低，发电功率较大时，可与网侧变化器一起分担能量，能够度过分钟级的低压耐受；整体能够有效地减少机组停机次数，并且对过压导致的风电变流器IGBT炸机故障起到较好的保护作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构俯向排布图；
图2为本发明的超级电容柜、超级电容控制柜及风机变流器连接图；
图3为本发明的超级电容柜主视图；
图4为本发明的超级电容柜后视图；
图5为本发明的超级电容控制柜主视图。
图中：1超级电容储能系统、2第一风机电气控制柜、3第二风机电气控制柜、4风机变流器、5机舱承重架、6支架、7超级电容柜、8超级电容控制柜、9机舱内吊装口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，包括超级电容储能系统1、第一风机电气控制柜2、第二风机电气控制柜3和风机变流器4，超级电容储能系统1的下端设置有机舱承重架5和支架6，支架6固定安装在机舱承重架5的上端；超级电容储能系统1为两套，超级电容储能系统1包括超级电容柜7和超级电容控制柜8，超级电容柜7的尺寸为600mm*700mm*1800mm，重量为400KG，容量均为165法拉，额定电流175A，短时电流300A，超级电容控制柜8的尺寸为600mm*600mm*1800mm，重量为450KG，额定电压1050V，切除电压1450V，额定电流300A，超级电容柜7和超级电容控制柜8背靠背固定安装在机舱承重架5尾端的支架6上；第一风机电气控制柜2固定安装在超级电容储能系统1的侧端，风机变流器4位于第一风机电气控制柜2的侧端，风机变流器4的侧端设置有机舱内吊装口9，机舱内吊装口9通过螺母与风机变流器4固定连接，第二风机电气控制柜3位于机舱内吊装口9的外侧；超级电容柜7和超级电容控制柜8电连接，超级电容控制柜8与风机变流器4电连接；超级电容柜7的前端面设置有控制接口J1，后端面设置有接线端子J3、接线端子J4、铜排J5、铜排J6和铜排J7，超级电容控制柜8的前端面设置有接线端子M1、空开K1和空开K2，控制接口J1的接口1接单元输出端，控制接口J1的接口2接电源的输入端，控制接口J1的接口3接接空开K2的引脚2，控制接口J1的接口4接空开K2的引脚1，控制接口J1的接口接电源输入端，控制接口J1的接口6接电源输入端，接线端子J3接空开K1的引脚3，接线端子J4接空开K1的引脚1，铜排J5接接线端子M1，铜排J6接风机变流器4的直流母线负极，铜排J7接风机变流器4的直流母线正极；该用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构由超级电容柜7和超级电容控制柜8两部风构成，适用于风机变流器4的直流母线电压过冲时，用于遏制直流母线电压幅度，将溢出能量存入超级电容柜7，在直流母线电压正常时，将超级电容柜7存储的电能返回风机变流器4直流母线电压，具体可应对风电机组三种工况，第一：首先低穿发生时，可以用于分担CROWBAR压力；第二：阵风时，功率突增，可以分担网侧变换器的压力，压制直流母线电压幅度；第三：当电网电压偏低，发电功率较大时，可与网侧变化器一起分担能量，能够度过分钟级的低压耐受，暂态情况下，可有效减少或避免直流卸荷保护动作，保证机组不间断运行，为实现对电网电压暂态支撑作用提供可能；电网电压异常情况下，可有效扩大机组运行范围，尤其是在电网电压升高情况下，超级电容能够保证直流母线稳定，改善了网侧变流器的运行特性，并且网侧变流器可运行于欠励状态，支撑电网电压，实现暂态频率支撑只需要对超级电容电压增量进行控制，不需要修改原有机组控制策略，可确保超级电容运行在允许的工作范围内，并且在满足故障穿越和电压耐受能力的容量配置前提下，由于风电机组轴系对该频段风功率波动也有一定抑制作用，所以整体滤波效果提升不明显；增大超级电容容量，滤波效果得到大幅改善；通过以上三种功能能够有效地减少机组停机次数，并且对过压导致的风电变流器IGBT炸机故障起到较好的保护作用。
综上所述：本用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构由超级电容柜7和超级电容控制柜8两部风构成，适用于风机变流器4的直流母线电压过冲时，用于遏制直流母线电压幅度，将溢出能量存入超级电容柜7，在直流母线电压正常时，将超级电容柜7存储的电能返回风机变流器4直流母线电压，具体可应对风电机组三种工况，第一：首先低穿发生时，可以用于分担CROWBAR压力；第二：阵风时，功率突增，可以分担网侧变换器的压力，压制直流母线电压幅度；第三：当电网电压偏低，发电功率较大时，可与网侧变化器一起分担能量，能够度过分钟级的低压耐受；整体能够有效地减少机组停机次数，并且对过压导致的风电变流器IGBT炸机故障起到较好的保护作用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，包括超级电容储能系统(1)、第一风机电气控制柜(2)、第二风机电气控制柜(3)和风机变流器(4)，其特征在于：所述超级电容储能系统(1)的下端设置有机舱承重架(5)和支架(6)，支架(6)固定安装在机舱承重架(5)的上端；所述超级电容储能系统(1)为两套，超级电容储能系统(1)包括超级电容柜(7)和超级电容控制柜(8)，超级电容柜(7)和超级电容控制柜(8)背靠背固定安装在机舱承重架(5)尾端的支架(6)上；所述第一风机电气控制柜(2)固定安装在超级电容储能系统(1)的侧端，风机变流器(4)位于第一风机电气控制柜(2)的侧端，风机变流器(4)的侧端设置有机舱内吊装口(9)，机舱内吊装口(9)通过螺母与风机变流器(4)固定连接，第二风机电气控制柜(3)位于机舱内吊装口(9)的外侧；所述超级电容柜(7)和超级电容控制柜(8)电连接，超级电容控制柜(8)与风机变流器(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，其特征在于：所述超级电容柜(7)的前端面设置有控制接口J1，后端面设置有接线端子J3、接线端子J4、铜排J5、铜排J6和铜排J7，超级电容控制柜(8)的前端面设置有接线端子M1、空开K1和空开K2，控制接口J1的接口1接单元输出端，控制接口J1的接口2接电源的输入端，控制接口J1的接口3接接空开K2的引脚2，控制接口J1的接口4接空开K2的引脚1，控制接口J1的接口接电源输入端，控制接口J1的接口6接电源输入端，接线端子J3接空开K1的引脚3，接线端子J4接空开K1的引脚1，铜排J5接接线端子M1，铜排J6接风机变流器(4)的直流母线负极，铜排J7接风机变流器(4)的直流母线正极。
3.根据权利要求1所述的一种用于双馈风电机组直流母线侧的电容架构，其特征在于：所述超级电容柜(7)的尺寸为600mm*700mm*1800mm，超级电容控制柜(8)的尺寸为600mm*600mm*1800mm。
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