CN110336326A - 一种定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统 - Google Patents
一种定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，包括直配高压电网的双馈风力/水力发电机组以及微电网，所述双馈风力/水力发电机组的绕线式双馈异步发电机定子绕组出线回路单独直配高压电网，所述发电机转子绕组回路通过双馈变流器直接接入微电网，所述发电机转子绕组回路不直接或间接接入直配高压电网运行，所述双馈风力/水力发电系统有三个运行模式。本发明通过风力/水力发电机组发电机定子绕组接入直配高压电网，机组发电机转子绕组通过双馈变流器直接接入微电网，可实现机组变频恒速双馈发电运行，能够有效减少定子绕组上网回路和转子绕组上网回路的升压变压器，并提高机组效率、负荷率和高压上网设备利用率。
Description
技术领域
本发明属于风力/水力发电技术领域，特别涉及一种定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统。
背景技术
风能作为清洁的可再生新能源，是我国十分重要能源来源。目前，微电网的新能源以多形式接入电网，对电网效率提升和可靠性的提高，都有十分积极的作用。
如图1所示，当前常规直配高压电网双馈风力/水力发电系统，定子回路上网电压为10KV/50Hz，转子绕组回路上网是通过电源型VSC交直交变流器PGSC 网侧690V，再用其转子回路上变压器升压至10KV与定子绕组回路高压上网点汇接。缺点是：转子绕组回路上升压变压器容量为非常规直配高压电网双馈风力/ 水力发电系统上网升压变压器的1/3p.u.，占地面积较大，有谐波电压电流影响到直配高压电网用户，变流器网侧受电网影响很大，如宽电压、宽电频和高/低 /零电压穿越的影响，高压线路侵入雷电影响。
另外，微电网中新能源富余电能发电上网还需要建立专门单独上网高压设备费用和通道建设费用，形成微电网中新能源富余电能上网难的问题，同时没有有机地把直配高压电网双馈风力/水力发电系统与微电网结合起来；而常规直配高压电网双馈风力/水力发电系统在次同步运行时，定子绕组出线的输出有功功率大于机组上网有功功率，其上网设备负载不饱满，线路轻载严重，投资利用率低。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够将直配高压电网的双馈发电机组与微电网发电用电有机结合起来的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统。
本发明技术的技术方案是这样实现的：一种定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述双馈风力/水力发电系统包括直配高压电网的双馈风力/水力发电机组以及微电网，所述双馈风力/水力发电机组的绕线式双馈异步发电机定子绕组出线回路单独直配高压电网，所述绕线式双馈异步发电机转子绕组回路通过双馈变流器直接接入微电网，所述绕线式双馈异步发电机转子绕组回路不直接或间接接入直配高压电网运行；所述双馈风力/ 水力发电系统有三个运行模式：
1)直配高压电网双馈风力/水力发电系统双馈发电方式运行模式；
2)直配高压电网双馈风力/水力发电系统微电网孤网方式运行模式；
3)直配高压电网双馈风力/水力发电系统风力/水力发电机鼠笼加变流器和微电网全功率方式运行模式。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述双馈风力/水力发电机组包括绕线式双馈异步发电机、变流器微网交流侧、变流器直流环节、变流器机侧以及定子绕组出线回路上的并网开关和保护断路器，所述绕线式双馈异步发电机定子绕组出线回路通过并网开关和保护断路器单独直配高压电网，所述绕线式双馈异步发电机转子绕组回路通过变流器机侧、变流器直流环节和变流器微网交流侧直接接入微电网变频恒速双馈发电运行。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述微电网是由50Hz交流电网和直流电网组成；其中，50Hz交流电网由等效50Hz 交流电源和等效50Hz交流负载及发电机组辅助等效50Hz交流负载组成，直流电网由等效直流电源和等效直流负载组成；所述等效50Hz交流电源由常规50Hz 交流电源组成，或由广义50Hz交流电源组成，微电网中的等效50Hz交流负载为常规50Hz交流负载，或为广义50Hz交流负载，以及风电机组辅助等效50Hz 交流负载；所述等效直流电源为常规直流电源，或广义直流电源，微电网中的等效直流负载为常规直流负载，或广义直流负载。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述直配高压电网双馈风力/水力发电系统双馈发电方式运行模式，双馈风力/水力发电系统双馈发电必须要双馈风力/水力发电机组和微电网协同配合才能运行，其50Hz交流电网和直流电网联合或分别单独通过变流器机侧接入其发电机转子绕组回路参与双馈运行；
双馈发电运行时，绕线式双馈异步发电机输入机械功率和相对应产生发电机气隙电磁有功功率，动态按转速滑差分别产生定子电磁有功功率和转子电磁有功功率，动态实时分配输出到定子绕组回路上和输入或输出到转子绕组回路上，转子电磁有功功率等于定子电磁有功功率乘转速滑差，气隙电磁有功功率等于定子电磁有功功率加上转子电磁有功功率；
超同步时，其转子绕组回路的输出功率略等于转子电磁有功功率，由发电机气隙电磁动态提供；
次同步时，其转子绕组回路的输入功率略等于转子电磁有功功率，由微电网动态提供给发电机气隙电磁；
同步时，其转子绕组回路输入给发电机气隙电磁场的励磁无功功率由与微电网连接变流器机侧动态提供；
超同步、同步、次同步时，其定子绕组回路上输出功率略等于定子电磁有功功率，由发电机气隙电磁场动态提供。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述直配高压电网双馈风力/水力发电系统微电网孤网方式运行模式，双馈风力/ 水力发电机组停机，微电网断开直配高压电网的双馈风力/水力发电系统的变流器机侧或加微网交流侧或再加直流环节的孤网方式运行，其中：
孤网运行方式一，变流器微网交流侧、变流器直流环节、微电网的等效50Hz 交流负载、发电机组辅助等效50Hz交流负载和等效直流负载、微电网的等效50Hz 交流电源和等效直流电源，组成为50Hz交流电网和直流电网联合的微电网运行；孤网运行方式二，变流器微网交流侧关断，微电网的50Hz交流电网和直流电网分开单独运行，即微电网的50Hz交流电网中的等效50Hz交流电源与等效50Hz 交流负载、发电机组辅助等效50Hz交流负载孤网运行，微电网直流电网中的等效直流电源与变流器直流环节、直流负载孤网运行；孤网运行方式三，变流器微网交流侧、变流器直流环节关断，微电网的50Hz交流电网和直流电网分开单独运行，即微电网的50Hz交流电网中的等效50Hz交流电源与等效50Hz交流负载、发电机组辅助等效50Hz交流负载孤网运行，微电网直流电网中的的等效直流电源与直流负载孤网运行。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述直配高压电网双馈风力/水力发电系统风力/水力发电机鼠笼加变流器和微电网全功率方式运行模式，定子绕组回路单独直配高压电网双馈风力/水力发电系统，低风速区次同步运行，定子绕组回路出线与并网开关断开，通过定子绕组出线开关短接8后，变成风力/水力发电机鼠笼加变流器和微电网全功率运行的发电系统，其发电机通过气隙电磁场经转子绕组回路和变流器机侧、直流环节、变流器微网交流侧对微电网的50Hz交流负载和直流负载输出有功功率，与微电网的等效50Hz交流电源和等效直流电源，灵活主动调节的微电网发电和用电功率、稳定微电网频率，调节微电网等效50Hz交流电源和等效直流电源出口电压和输出感性或容性无功功率，稳定微电网各节点电压，提高微电网50Hz交流电网和直流电网稳定运行。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述双馈风力/水力发电系统上网的高压电网频率为50Hz或者分频/低频 (50/3Hz～50/6Hz)；所述双馈风力/水力发电机组还包括一组叶片，对于定子绕组回路单独直配高压电网频率50Hz，所述双馈风力/水力发电系统,其机械能输入侧及机械传动装置的叶片通过传动轴与变速箱输入侧相连，变速箱的输出轴与发电机的机械转子相联接，或对于定子绕组回路单独直配高压电网频率为分频/低频(50/3Hz～50/6Hz)，所述双馈风力/水力发电系统,其机械能输入侧及机械传动装置的叶片通过传动轴与发电机的机械转子直驱式直接联接，其机械传动链上为无多级齿轮箱/液力耦合变速器，是双馈直驱式风力/水力发电系统。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述双馈风力/水力发电系统双馈发电运行时，其机组发电机定子绕组旋转电磁频率同步于直配高压电网频率旋转、转子绕组绝对电气磁场旋转频率恒同步于直配高压电网频率，而转子绕组上的相对电气频率是变频率的，转子机械转速频率是变速的，两者相加等于转子绕组绝对电气磁场旋转频率，转子绕组输入或输出功率由滑环系统三相接触动静转换或无滑环系统电磁感应动静转换。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述微电网的50Hz交流电网和直流电网联合或分别单独通过变流器机侧接入直配高压电网双馈风力/水力发电机系统的发电机转子绕组回路，参与双馈发电运行，其中，所述微电网的50Hz交流电网通过变流器微网交流侧、直流环节、变流器机侧直接接入发电机转子绕组回路，所述直流电网通过变流器直流环节、变流器机侧直接接入发电机转子绕组回路。
本发明所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其所述双馈风力/水力发电系统采用额定小滑差运行，额定小滑差范围： 0＜|s1ynr|≤0.1；
所述绕线式双馈异步发电机的定子绕组为高压绕组，额定电压≥6KV，所述绕线式双馈异步发电机的转子绕组为中低压绕组，400V≤额定电压≤3KV；
双向变流器的额定直流母线电压为600～5000V，绕线式双馈异步发电机额定容量≥2MW，双馈直驱式发电机同步转速可以为低速、中速、高速，同步转速取值范围6～3000转/分钟。
本发明主要针对目前长期以来直配高压电网双馈风力/水力发电系统上网时，还需要转子绕组回路升压变压器以及次同步运行时，定子绕组出线的输出有功功率大于机组上网有功功率，其上网设备负载不饱满，线路轻载严重，投资利用率低等问题，通过机组发电机定子绕组接入直配高压电网，机组发电机转子绕组直接接入微电网实现变频恒速双馈发电运行，其机组发电机转子绕组回路不直接或间接接入直配高压电网运行的方式，能够有效减少转子绕组上网回路的升压变压器，并提高风力/水力发电机组效率、负荷率和高压上网设备利用率。
附图说明
图1是常规直配高压电网双馈发电机组系统示意图。
图2是本发明的定子绕组回路单独直配高压电网双馈风力/水力发电系统示意图。
附图标记：1为绕线式双馈异步发电机，2为高压电网等效电源，3为50Hz 交流电网，4为直流电网，5为变流器微网交流侧，6为变流器机侧，7为变流器直流环节，8为定子绕组回路出线开关短接，9为并网开关，10为保护断路器， 11为等效50Hz交流电源，12为等效直流电源，13为等效50Hz交流负载，14 为发电机组辅助等效50Hz交流负载，15为等效直流负载，16为高压电网等效交流负载，17为直流电网总开关，18为直配高压电网，19为转子回路1/3p.u. 容量升压变压器，20为微电网，21为双馈风力/水力发电系统，22为双馈风力/水力发电机组，23为常规直配高压电网双馈风力/水力发电机组，24为机械能输入侧及机械传动装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，一种定子回路单独直配高压电网18的双馈风力/水力发电系统21，所述双馈风力/水力发电系统21包括直配高压电网18的双馈风力/水力发电机组22以及微电网20，所述双馈风力/水力发电机组22的绕线式双馈异步发电机1定子绕组出线回路单独直配高压电网18，所述绕线式双馈异步发电机 1转子绕组回路直接接入微电网20，所述绕线式双馈异步发电机1转子绕组回路不直接或间接接入直配高压电网18运行。
所述双馈风力/水力发电系统21有三个运行模式：
1)直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21双馈发电方式运行模式。
2)直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21微电网20孤网方式运行模式。
3)直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21绕线式双馈异步发电机1 鼠笼加变流器微网交流侧5、变流器直流环节7、变流器机侧6和微电网20全功率方式运行模式。
其中，所述双馈风力/水力发电机组22包括绕线式双馈异步发电机1、变流器微网交流侧5、变流器直流环节7、变流器机侧6及其控制系统、控制系统、变桨控制系统、辅机电气系统、风力/水力机机械系统以及定子绕组出线回路上的并网开关9和保护断路器10，所述绕线式双馈异步发电机1定子绕组出线回路通过并网开关9和保护断路器10单独直配高压电网18，所述绕线式双馈异步发电机1转子绕组回路通过变流器机侧6、变流器直流环节7和变流器微网交流侧5直接接入微电网20变频恒速双馈发电运行，其中直配高压电网18有高压电网等效电源2和高压电网等效交流负载16；所述双馈风力/水力发电系统21 上网的电网频率为50Hz或者分频/低频(50/3Hz～50/6Hz)；所述双馈风力/水力发电机组22还包括一组叶片，对于定子绕组回路单独直配高压电网18频率 50Hz，所述双馈风力/水力发电系统21,其机械能输入侧及机械传动装置24的叶片通过传动轴与变速箱输入侧相连，变速箱的输出轴与发电机的机械转子相联接，或对于定子绕组回路单独直配高压电网18频率为分频/低频(50/3Hz～ 50/6Hz)，所述双馈风力/水力发电系统21,其机械能输入侧及机械传动装置24 的叶片通过传动轴与发电机的机械转子直驱式直接联接，其机械传动链上为无多级齿轮箱/液力耦合变速器，是双馈直驱式风力/水力发电系统。
其中，所述微电网20是由50Hz交流电网3和直流电网4组成；其中，50Hz 交流电网3由等效50Hz交流电源11和等效50Hz交流负载13组成，直流电网4 由等效直流电源12和等效直流负载15组成；所述等效50Hz交流电源11由常规50Hz交流电源组成，或由广义50Hz交流电源组成，其中，常规50Hz交流电源和广义50Hz交流电源可以基于化石能源的分布式发电技术和基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术，如小型风力/水力发电和太阳能光伏发电，机械式和电气式储能发电，小型燃气轮机发电，内燃机发电，小型水力发电和潮汐能发电、垃圾发电等化石能源和可再生能源发电，往复式发电机技术、燃气轮机技术、燃料电池发电技术；风力/水力发电和太阳能光伏发电、小型小型水力发电和潮汐能发电、垃圾发电、储能发电等，两种或多种分布式发电技术及机械式和电气式储能蓄能装置结合成的复合式发电系统；微电网20 中的等效50Hz交流负载13为常规50Hz交流负载，或为广义50Hz交流负载，以及风电机组辅助等效50Hz交流负载14；所述等效直流电源12为常规直流电源，或广义直流电源，微电网20中的等效直流负载15为常规直流负载，或广义直流负载，其中，常规直流电源和广义直流电源可以是分布式分散式多种直流发电能源，如小型风力/水力发电和太阳能光伏发电，机械式和电气式储能发电，小型燃气发电，小型水电和潮汐能发电、垃圾发电等化石能源和可再生能源发电。
所述微电网20的50Hz交流电网3和直流电网4联合或分别单独通过变流器机侧6接入直配高压电网18双馈风力/水力发电机系统21的发电机转子绕组回路，参与双馈发电运行，其中，所述微电网20的50Hz交流电网3通过变流器微网交流侧5直接接入发电机转子绕组回路，所述直流电网4通过变流器直流环节7直接接入发电机转子绕组回路。
在本实施例中，1)所述直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21双馈发电方式运行模式，双馈风力/水力发电系统双馈发电必须要双馈风力/水力发电机组22和微电网20协同配合才能运行，其50Hz交流电网3和直流电网4联合或分别单独通过变流器机侧6接入其发电机转子绕组回路参与双馈运行。
双馈发电运行时，绕线式双馈异步发电机输入机械功率和相对应产生发电机气隙电磁有功功率，动态按转速滑差分别产生定子电磁有功功率和转子电磁有功功率，动态实时分配输出到定子绕组回路上和输入或输出到转子绕组回路上，转子电磁有功功率等于定子电磁有功功率乘转速滑差，气隙电磁有功功率等于定子电磁有功功率加上转子电磁有功功率。
定子绕组回路单独直配高压电网18的双馈风力/水力发电系统21，绕线式双馈异步发电机1稳定运行时，其转子转速nr时，绕线式双馈异步发电机1极对数为pn，气隙电磁总有功功率Pe，定子气隙有功功率Pyes，转子气隙有功功率Pyer定子绕组回路出线有功功率Pys，转子绕组回路出线有功功率Pyr。直配高压电网 18的额定频率fn＝f11n下，绕线式双馈异步发电机1转子的同步转速 n11n＝60f11n/pn(y＝1)。
直配高压电网18正常工作频率f1yn下，绕线式双馈异步发电机1同步转速 n1yn＝60f1yn/pn，转子的滑差s1yn＝(n1yn-nr)/n1yn，Pyer＝-s1ynPyes，其中 Pys≈Pyes＝Pe/(1-s1ynr)，Pyr≈Pyer＝-s1ynrPe/(1-s1ynr)，Pyr≈-s1ynPys。
超同步运行时，当nr＞n1yn时，s1ynr＜0、Pys＞0、Pyr＞0(定子绕组回路输出为正输出方向，转子绕组回路输出为正输出方向)；绕线式双馈异步发电机1做为动态旋转发电机，气隙电磁有功功率Pe按转速滑差分配输出转子电磁有功功率 Pyer，经变流器机侧6、变流器直流环节7、变流器微网交流侧5至微电网20发电机组辅助等效50Hz交流负载14和等效50Hz交流负载13、等效直流负载15；绕线式双馈异步发电机1做为动态旋转发电机，气隙电磁有功功率Pe按转速滑差分配输出定子电磁有功功率Pyes，经定子绕组回路并网开关9、保护断路器10，然后接入直配高压电网18；转子绕组回路的输入励磁无功功率由与微电网20连接变流器机侧6动态提供给发电机气隙电磁，保持绕线式双馈异步发电机1定子绕组回路的定子电压与直配高压电网18电压一致；同时确保变流器直流环节7直流母线电压稳定安全可靠运行。
次同步时，当nr＜n1yn时，1＞s1ynr＞0、Pys＞0、Pyr＜0(定子绕组回路输出为为正输出方向，转子绕组回路输出为负输出方向)；绕线式双馈异步发电机1做为动态旋转变压器，按转速滑差分配输入的转子电磁有功功率Pyer，分别由微电网20 的等效50Hz交流电源11通过变流器微网交流侧5和变流器直流环节7、变流器机侧6和微电网20的等效直流电源12经过变流器直流环节7、变流器机侧6提供；微电网20的等效50Hz交流负载13、发电机组辅助等效50Hz交流负载14 和等效直流负载15由微电网20的等效50Hz交流电源11和等效直流电源12供电；绕线式双馈异步发电机1做为动态旋转发电机，气隙电磁有功功率Pe按转速滑差分配输出定子电磁有功功率Pyes，经定子绕组回路并网开关9、保护断路器10，然后接入直配高压电网18；转子绕组回路的输入励磁无功功率由与微电网20连接变流器机侧6动态提供给发电机气隙电磁，保持绕线式双馈异步发电机1定子绕组回路的定子电压与直配高压电网18电压一致；同时确保变流器直流环节7直流母线电压稳定安全可靠运行。
同步时，当nr＝n1yn时，s1ynr＝0、Pys＞0、Pyr＝0(定子绕组回路输出为正输出方向，转子绕组回路输出为为零且没有输出方向)；微电网20的等效50Hz交流负载13、发电机组辅助等效50Hz交流负载14和等效直流负载15由微电网20的等效50Hz 交流电源11和等效直流电源12供电；绕线式双馈异步发电机1做为动态同步发电机，按转速滑差分配转子电磁有功功率为零，转子绕组回路上基本上没用功率流动，转子绕组回路的输入励磁无功功率由与微电网20连接变流器机侧6 动态提供给发电机气隙电磁，保持定子绕组回路的定子电压与直配高压电网18 电压一致；同时确保变流器直流环节7直流母线电压稳定安全可靠运行。
定子绕组回路单独直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21变频恒速双馈发电运行过程中，微电网20始终能灵活主动调节等效50Hz交流电源11和等效直流电源12的发电功率，能保证微电网20局部有功功率平衡，稳定等效50Hz 交流电网3频率，能主动调节50Hz交流电源11的出口电压和输出感性或容性无功功率稳定，能主动调节等效直流电源12的出口电压稳定，确保微电网20 内部各节点电压稳定安全可靠运行。
超同步、同步、次同步时，发电机做为动态旋转发电机，其定子绕组回路上输出功率略等于定子电磁有功功率，由发电机气隙电磁场动态提供。
所述双馈风力/水力发电系统21双馈发电运行时，其机组发电机定子绕组旋转电磁频率同步于直配高压电网18频率旋转、转子绕组绝对电气磁场旋转频率恒同步于直配高压电网18频率，而转子绕组上的相对电气频率是变频率的，转子机械转速频率是变速的，两者相加等于转子绕组绝对电气磁场旋转频率，转子绕组输入或输出功率由滑环系统三相接触动静转换或无滑环系统电磁感应动静转换。
2)所述直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21微电网20孤网方式运行模式，绕线式双馈异步发电机1定子绕组回路与高压电网18分开不连接，且停机或待机；变流器机侧6的IGBT断开,与绕线式双馈异步发电机1转子绕组回路不连接，其发电系统21只做微电网20孤网运行，其中：
孤网运行方式一，变流器微网交流侧5、变流器直流环节7、微电网20的等效50Hz交流负载13、发电机组辅助等效50Hz交流负载14和等效直流负载 15、微电网20的等效50Hz交流电源11和等效直流电源12，组成为50Hz交流电网3和直流电网4运行；微电网20能灵活主动调节等效50Hz交流电源11和等效直流电源12的发电功率稳定等效50Hz交流电网3频率，调节各电源的出口电压和输出感性或容性无功功率稳定，同时确保微电网20内部各节点电压和变流器直流环节7直流母线电压稳定安全可靠运行。
孤网运行方式二，变流器微网交流侧5的IGBT关断，微电网20的50Hz交流电网3和直流电网4分开单独运行，即微电网20的50Hz交流电网3中的等效50Hz交流电源11和等效50Hz交流负载13以及发电机组辅助等效50Hz交流负载14孤网运行，微电网20能灵活主动调节等效50Hz交流电源11发电功率、无功功率以及出口电压和主动调节等效50Hz交流负载13以及发电机组辅助等效50Hz交流负载14，确保等效50Hz交流电网3频率和各节点电压稳定，保证安全可靠运行。微电网20直流电网4中的等效直流电源12和等效直流负载15 与变流器直流环节7孤网方式运行；微电网20能灵活主动调节等效50Hz交流电源11发电功率以及出口电压和主动调节等效直流负载15，确保直流电网4各节点电压和变流器直流环节7直流母线电压稳定安全可靠运行。
孤网运行方式三，变流器微网交流侧5的IGBT关断、变流器直流环节7停运、直流电网总开关17关断，微电网20的50Hz交流电网3和直流电网4完全分开单独运行，微电网20的50Hz交流电网3中的等效50Hz交流电源11和等效50Hz交流负载13以及发电机组辅助等效50Hz交流负载14孤网运行，微电网20直流电网4中等效直流电源12和等效直流负载15孤网运行。微电网20 能灵活主动调节等效50Hz交流电源11发电功率以及出口电压和主动调节等效直流负载15，确保直流电网4各节点电压稳定，保证安全可靠运行。
3)所述直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21绕线式双馈异步发电机1鼠笼加变流器微网交流侧5、变流器直流环节7、变流器机侧6和微电网20 全功率方式运行模式，定子绕组回路单独直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21，低风速区次同步运行，定子绕组回路出线与并网开关9断开不运行，通过定子绕组出线开关短接8后，绕线式双馈异步发电机1鼠笼加变流器和微电网20全功率运行，绕线式双馈异步发电机1转子绕组输出的有功功率，通过变流器机侧6、直流环节7、变流器微网交流侧5，联合等效50Hz交流电源11、等效直流电源12对微电网20的等效50Hz交流负载13、发电机组辅助等效50Hz 交流负载14和等效直流负载15供电。微电网20在其机组22输入有功功率下，能灵活主动调节等效50Hz交流电源11和等效直流电源12的发电功率，稳定等效50Hz交流电网3频率，调节各电源出口电压和输出感性或容性无功功率稳定微电网20内部各节点电压和变流器直流环节7直流母线电压，保证安全可靠运行。
本发明的定子绕组回路单独直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21，可完全减少转子绕组上网回路1/3p.u.整机容量升压变压器19，所述双馈风力/ 水力发电系统21采用额定小滑差运行，减少常规额定滑差，减少了变流器机侧 6的容量，减少风力/水力发电机组22的P-n曲线中超同步运行区域，增大定子绕组回路的额定上网功率，减少对转子绕组回路的变流器和微电网20的额定输入功率；尽量加大风力/水力发电机组22的P-n曲线中的次同步运行区域，其风力/水力发电机组22输入功率加上微电网20的输入功率上直配高压电网 18，与常规直配高压电网双馈风力/水力发电机组23相比，绝对提高了定子绕组回路上网发电有功功率和发电量，微电网20中新能源富余电可以上网，同时节约了微电网20专门向高压电网输出功率的设备和通道建设投资费用。其额定小滑差范围：0＜|s1ynr|≤0.1。
本发明的定子绕组回路单独直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21，变流器微网交流侧5不再受直配高压电网18宽电压、宽电频和高/低/零电压穿越的影响，没有相互之间的谐波影响，变流器性价比更高；次同步区域运行时，绕线式双馈异步发电机1的惯性增大，稳定性提高。同时，变流器机侧6的转子额定滑差电压大幅度减低，相对提高了变流器机侧6的抗高电压穿越、低频率穿越以及机组超速的能力。直配高压电网18双馈风力/水力发电系统21的电网适应能力得到大力提升。
本发明所述的绕线式双馈异步发电机的定子绕组为高压绕组，额定电压≥ 6KV，提高定子绕组的效率，节约了定子绕组回路出线的线缆费用；所述绕线式双馈异步发电机的转子绕组为中低压绕组，400V≤额定电压≤3KV，相对提高绕线式双馈异步发电机1转子绕组的效率，节约了绕线式双馈异步发电机1转子绕组回路出线的线缆费用。其双向变流器的额定直流母线电压为600～5000V，绕线式双馈异步发电机额定容量≥2MW，双馈直驱式发电机同步转速可以为低速、中速、高速，同步转速取值范围6～3000转/分钟。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述双馈风力/水力发电系统包括直配高压电网的双馈风力/水力发电机组以及微电网，所述双馈风力/水力发电机组的绕线式双馈异步发电机定子绕组出线回路单独直配高压电网，所述绕线式双馈异步发电机转子绕组回路通过双馈变流器直接接入微电网，所述绕线式双馈异步发电机转子绕组回路不直接或间接接入直配高压电网运行；所述双馈风力/水力发电系统有三个运行模式：
1)直配高压电网双馈风力/水力发电系统双馈发电方式运行模式；
2)直配高压电网双馈风力/水力发电系统微电网孤网方式运行模式；
3)直配高压电网双馈风力/水力发电系统风力/水力发电机鼠笼加变流器和微电网全功率方式运行模式。
2.根据权利要求1所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述双馈风力/水力发电机组包括绕线式双馈异步发电机、变流器微网交流侧、变流器直流环节、变流器机侧以及定子绕组出线回路上的并网开关和保护断路器，所述绕线式双馈异步发电机定子绕组出线回路通过并网开关和保护断路器单独直配高压电网，所述绕线式双馈异步发电机转子绕组回路通过变流器机侧、变流器直流环节和变流器微网交流侧直接接入微电网变频恒速双馈发电运行。
3.根据权利要求2所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述微电网是由50Hz交流电网和直流电网组成；其中，50Hz交流电网由等效50Hz交流电源和等效50Hz交流负载及发电机组辅助等效50Hz交流负载组成，直流电网由等效直流电源和等效直流负载组成；所述等效50Hz交流电源由常规50Hz交流电源组成，或由广义50Hz交流电源组成，微电网中的等效50Hz交流负载为常规50Hz交流负载，或为广义50Hz交流负载，以及风电机组辅助等效50Hz交流负载；所述等效直流电源为常规直流电源，或广义直流电源，微电网中的等效直流负载为常规直流负载，或广义直流负载。
4.根据权利要求3所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述直配高压电网双馈风力/水力发电系统双馈发电方式运行模式，双馈风力/水力发电系统双馈发电必须要双馈风力/水力发电机组和微电网协同配合才能运行，其50Hz交流电网和直流电网联合或分别单独通过变流器机侧接入其发电机转子绕组回路参与双馈运行；
双馈发电运行时，绕线式双馈异步发电机输入机械功率和相对应产生发电机气隙电磁有功功率，动态按转速滑差分别产生定子电磁有功功率和转子电磁有功功率，动态实时分配输出到定子绕组回路上和输入或输出到转子绕组回路上，转子电磁有功功率等于定子电磁有功功率乘转速滑差，气隙电磁有功功率等于定子电磁有功功率加上转子电磁有功功率；
超同步时，其转子绕组回路的输出功率略等于转子电磁有功功率，由发电机气隙电磁动态提供；
次同步时，其转子绕组回路的输入功率略等于转子电磁有功功率，由微电网动态提供给发电机气隙电磁；
同步时，其转子绕组回路输入给发电机气隙电磁场的励磁无功功率由与微电网连接变流器机侧动态提供；
超同步、同步、次同步时，其定子绕组回路上输出功率略等于定子电磁有功功率，由发电机气隙电磁场动态提供。
5.根据权利要求3所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述直配高压电网双馈风力/水力发电系统微电网孤网方式运行模式，双馈风力/水力发电机组停机，微电网断开直配高压电网的双馈风力/水力发电系统的变流器机侧或加微网交流侧或再加直流环节的孤网方式运行，其中：
孤网运行方式一，变流器微网交流侧、变流器直流环节、微电网的等效50Hz交流负载、发电机组辅助等效50Hz交流负载和等效直流负载、微电网的等效50Hz交流电源和等效直流电源，组成为50Hz交流电网和直流电网联合的微电网运行；孤网运行方式二，变流器微网交流侧关断，微电网的50Hz交流电网和直流电网分开单独运行，即微电网的50Hz交流电网中的等效50Hz交流电源与等效50Hz交流负载、发电机组辅助等效50Hz交流负载孤网运行，微电网直流电网中的等效直流电源与变流器直流环节、直流负载孤网运行；孤网运行方式三，变流器微网交流侧、变流器直流环节关断，微电网的50Hz交流电网和直流电网分开单独运行，即微电网的50Hz交流电网中的等效50Hz交流电源与等效50Hz交流负载、发电机组辅助等效50Hz交流负载孤网运行，微电网直流电网中的的等效直流电源与直流负载孤网运行。
6.根据权利要求3所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述直配高压电网双馈风力/水力发电系统风力/水力发电机鼠笼加变流器和微电网全功率方式运行模式，定子绕组回路单独直配高压电网双馈风力/水力发电系统，低风速区次同步运行，定子绕组回路出线与并网开关断开，通过定子绕组出线开关短接8后，变成风力/水力发电机鼠笼加变流器和微电网全功率运行的发电系统，其发电机通过气隙电磁场经转子绕组回路和变流器机侧、直流环节、变流器微网交流侧对微电网的50Hz交流负载和直流负载输出有功功率，与微电网的等效50Hz交流电源和等效直流电源，灵活主动调节的微电网发电和用电功率、稳定微电网频率，调节微电网等效50Hz交流电源和等效直流电源出口电压和输出感性或容性无功功率，稳定微电网各节点电压，提高微电网50Hz交流电网和直流电网稳定运行。
7.根据权利要求1所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述双馈风力/水力发电系统上网的高压电网频率为50Hz或者分频/低频(50/3Hz～50/6Hz)；所述双馈风力/水力发电机组还包括一组叶片，对于定子绕组回路单独直配高压电网频率50Hz，所述双馈风力/水力发电系统,其机械能输入侧及机械传动装置的叶片通过传动轴与变速箱输入侧相连，变速箱的输出轴与发电机的机械转子相联接，或对于定子绕组回路单独直配高压电网频率为分频/低频(50/3Hz～50/6Hz)，所述双馈风力/水力发电系统,其机械能输入侧及机械传动装置的叶片通过传动轴与发电机的机械转子直驱式直接联接，其机械传动链上为无多级齿轮箱/液力耦合变速器，是双馈直驱式风力/水力发电系统。
8.根据权利要求1所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述双馈风力/水力发电系统双馈发电运行时，其机组发电机定子绕组旋转电磁频率同步于直配高压电网频率旋转、转子绕组绝对电气磁场旋转频率恒同步于直配高压电网频率，而转子绕组上的相对电气频率是变频率的，转子机械转速频率是变速的，两者相加等于转子绕组绝对电气磁场旋转频率，转子绕组输入或输出功率由滑环系统三相接触动静转换或无滑环系统电磁感应动静转换。
9.根据权利要求3所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述微电网的50Hz交流电网和直流电网联合或分别单独通过变流器机侧接入直配高压电网双馈风力/水力发电机系统的发电机转子绕组回路，参与双馈发电运行，其中，所述微电网的50Hz交流电网通过变流器微网交流侧、直流环节、变流器机侧直接接入发电机转子绕组回路，所述直流电网通过变流器直流环节、变流器机侧直接接入发电机转子绕组回路。
10.根据权利要求1所述的定子回路单独直配高压电网的双馈风力/水力发电系统，其特征在于：所述双馈风力/水力发电系统采用额定小滑差运行，额定小滑差范围：0＜|s1ynr|≤0.1；
所述绕线式双馈异步发电机的定子绕组为高压绕组，额定电压≥6KV，所述绕线式双馈异步发电机的转子绕组为中低压绕组，400V≤额定电压≤3KV；
双向变流器的额定直流母线电压为600～5000V，绕线式双馈异步发电机额定容量≥2MW，双馈直驱式发电机同步转速可以为低速、中速、高速，同步转速取值范围6～3000转/分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.99, Zhujiang East Road, Deyang, Sichuan 618099 Applicant after: Dongfang Electric Wind Power Co.,Ltd. Address before: No.99, Zhujiang East Road, Deyang, Sichuan 618099 Applicant before: DONGFANG ELECTRIC WIND POWER Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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