CN111092452A - 风电变流器系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种风电变流器系统，所述风电变流器系统包括并联连接的N台风电变流器；每一台风电变流器每一相的进线端均通过机侧电缆与电机连接，每一相的出线端均通过箱变电缆与箱式变压器连接；所述N台风电变流器中至少一个同相的所有机侧电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有机侧电缆上被分配到的电流均相等；和/或，所述N台风电变流器中至少一个同相的所有箱变电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有箱变电缆上被分配到的电流均相等。本申请同相的所有机侧电缆或者所有箱变电缆上被分配到的电流均相等，一方面不增加系统成本，另一方面保证电流与各自对应机器功率匹配。

Description

风电变流器系统
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种风电变流器系统。
背景技术
随着风力发电机组容量的不断扩大，风电变流器受电力电子器件等因素的制约，单台变流器的容量已经不能满足实际需求，因此变流器并联运行已成必然趋势。
现场实际应用中，相同的变流器并联时，每个变流器机侧每相需要相同数量的电缆，网侧每相也需要相同数量的电缆。但变流器机侧连接至风力发电机、或者网侧连接至箱式变压器的电缆数目可能不是变流器的整数倍，若并联的变流器连接的电缆数量不同就会导致同相电缆间的不均流。因此，变流器并联都需要提前增加电缆数量至变流器数目的整数倍，或者增加电缆的截面积提高电缆载流能力，但这两种方式都会增加系统成本。
另外，对于某个容量等级来说，相同容量变流器并联会有较大余量，成本上不具有优势。而不同功率等级的变流器并联时如何保证电流与各自对应机器功率匹配是关键问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种风电变流器系统，以解决变流器并联运行中的均流问题。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供的一种风电变流器系统，所述风电变流器系统包括并联连接的N台风电变流器；每一台风电变流器每一相的进线端均通过机侧电缆与电机连接，每一相的出线端均通过箱变电缆与箱式变压器连接；其中，
所述N台风电变流器中至少一个同相的所有机侧电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有机侧电缆上被分配到的电流均相等；和/或，
所述N台风电变流器中至少一个同相的所有箱变电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有箱变电缆上被分配到的电流均相等。
在一示例中，所述N台风电变流器均为功率相同的风电变流器，且同相的机侧电缆之间均通过第一电流回路短接，和/或，同相的箱变电缆之间均通过第二电流回路短接。
在一示例中，所述第一电流回路包括第一短接电缆，所述第二电流回路包括第二短接电缆。
在一示例中，所述第一短接电缆的长度为同相的进线端之间的距离；所述第二短接电缆的长度为同相的出线端之间的距离。
在一示例中，每一台风电变流器均包括串联连接的机侧电感、机侧变流器、网侧变流器以及网侧电感；所述N台风电变流器包括功率不相同的风电变流器；
其中，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的阻抗之比与功率之比成反比。
在一示例中，在不计入机侧电感阻抗的情况下，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的机侧电感感量之比与功率之比成反比。
在一示例中，在不计入网侧电感阻抗的情况下，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的网侧电感感量之比与功率之比成反比。
本申请实施例的风电变流器系统，同相的所有机侧电缆或者所有箱变电缆上被分配到的电流均相等，一方面不增加系统成本，另一方面保证电流与各自对应机器功率匹配。
附图说明
图1为本申请实施例的风电变流器系统示意图；
图2为本申请实施例的相同功率变流器并联的机侧同相间短接电缆示意图；
图3为图2的等效电路示意图；
图4为本申请实施例的相同功率变流器并联的网侧同相间短接电缆示意图；
图5为本申请实施例的不同功率变流器并联的机侧电流分配等效电路示意图；
图6为本申请实施例的不同功率变流器并联的网侧电流分配等效电路示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
如图1所示，本申请第一实施例提供一种风电变流器系统，所述风电变流器系统包括并联连接的N台风电变流器；每一台风电变流器均包括串联连接的机侧电感、机侧变流器、网侧变流器以及网侧电感，所述机侧电感通过机侧电缆与电机连接，所述网侧电感通过箱变电缆与箱式变压器连接；其中，
所述N台风电变流器中至少一个同相的所有机侧电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有机侧电缆上被分配到的电流均相等；和/或，
所述N台风电变流器中至少一个同相的所有箱变电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有箱变电缆上被分配到的电流均相等。
作为示例地，N台风电变流器中A相的所有机侧电缆(或箱变电缆)的数量为3N-1，A、B、C相的所有机侧电缆(或箱变电缆)上被分配到的电流均相等，即3N-1中每根电缆上被分配到的电流均相等。
在一示例中，所述N台风电变流器均为功率相同的风电变流器，且同相的机侧电缆之间均通过第一电流回路短接，和/或，同相的箱变电缆之间均通过第二电流回路短接。
在该示例中，所述第一电流回路包括第一短接电缆，所述第二电流回路包括第二短接电缆。
在该示例中，所述第一短接电缆的长度为同相的进线端之间的距离；所述第二短接电缆的长度为同相的出线端之间的距离。
以下结合图2-图4进行说明：
假设N＝2个相同的变流器并联，且额定电流为I，发电机侧每相电缆数目为5(3N-1)根，那么1(N-1)台变流器机侧每相都连接3根电缆，还有1台只能连接2根电缆。单相连接3根电缆的变流器，每根电缆上电流I/3，单相连接两根电缆的变流器，每根电缆上电流I/2，这就会超过电缆的载流能力，不能长期运行。
为解决同相多根电缆中存在不均流问题，如图2所示，在两变流器同相之间短接一根电缆，将电流从载流较高的电缆引入载流较低的电缆，从而达到同相间所有电缆均流的目的。短接电缆的长度是并联变流器同相之间的距离，一般在2-3米之间，相比于风机到变流器的电缆及变流器到箱变的电缆阻抗，短接电缆的阻抗可以忽略不计，也就是从发电机发出的电流会均匀分配到每根电缆上(假设机侧电缆长度相同，布线路径一致)，总电流到达短接点处再平均分配给两台并联的变流器。
如图3所示的等效电路图，从电路角度分析，以A相为例，假设每根电缆阻抗相同，布线方式一致，发电机发出的电流I大小由负载决定，并联的变流器完全相同，即每个变流器的电流为I/2，变流器1上每根电缆电流I/6，变流器2上每根电缆电流I/4。若实现电缆间均流，则每根电缆上的电流为I/5，将两组电缆短接后，短接电缆上电流为2*(I/4-I/5)＝I/10。
并联变流器用短接电缆短接后，电流路径可分为两部分。一是从发电机到短接电缆，另一部分是从短接电缆到并联的变流器。两部分都没有影响电缆均流的因素，这种方法即保证了同相间多根电缆的均流，也无需增加长电缆，只需增加载流较小的短接电缆，降低系统成本。
这种电流分配的原理在网侧同样适用，当箱变低压端的电缆数量也不是并联变流器数量的整数倍时，也可采用短接电缆的方式将电流平均分配到每根电缆上再通过箱变输送到电网上。如图4所示，变流器网侧短接电缆示意图，其均流原理与机侧相同，不再重复。变流器的机侧和网侧之间是互不影响的，即机侧是否采用短接电缆分配电流与网侧无关。
在另一示例中，每一台风电变流器均包括串联连接的机侧电感、机侧变流器、网侧变流器以及网侧电感；所述N台风电变流器包括功率不相同的风电变流器；
其中，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的阻抗之比与功率之比成反比。
在该示例中，在不计入机侧电感阻抗的情况下，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的机侧电感感量之比与功率之比成反比。
在该示例中，在不计入网侧电感阻抗的情况下，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的网侧电感感量之比与功率之比成反比。
以下结合图5-图6进行说明：
不同功率变流器并联时，机侧回路上的阻抗是机侧电缆和dudt电感的总阻抗，并联变流器之间的机侧阻抗与功率成反比；网侧回路上的阻抗是网侧电缆和PFC电感的总阻抗，并联变流器之间的网侧阻抗与功率成反比。以两台变流器并联为例，
假设变流器1的额定功率为P1，机侧电感为L1，电流为I1；变流器2的功率为P2，机侧电感为L2，电流为I2。两机并联，不同电流的变流器并联需要不同数量的电缆。并联变流器机侧发波电压相同，发电机发出的电压也相同，因此电流的大小仅由机侧电感及线缆的总阻抗决定。
如图5所示等效电路图，假设P1/P2＝3/2，则I1/I2＝3/2。若变流器1每相需要3根电缆可满足载流要求，变流器2需要两根电缆可满足载流要求，要使两变流器的电流比为3/2，那么阻抗比应为2/3。从电机端到变流器端的阻抗包括电缆阻抗R、电缆感抗L、机侧电感感抗L1、L2(机侧电感阻抗可忽略不记)，若使并联变流器同相间电缆均流，则需保证：
Figure BDA0002313450030000061
其中：ω为电机角速度。
根据上式可知，当并联变流器同相间的电缆数目与功率比例相同时，只要保证两变流器机侧电感的感量与功率成反比，即
Figure BDA0002313450030000062
式中：N1、N2分别为并联变流器同相上电缆数量。这样就可以使电流自动分配，保证每根电缆上的电流相同。即可得到：
Figure BDA0002313450030000063
并联变流器网侧电流分配原理与机侧相同，示意图如图6所示，只要保证网侧PFC电感和网侧电缆的总阻抗与功率对应成比例就可保证网侧电流自动分配，原理分析不再赘述。并联变流器的功率可自由选择，前提是保证阻抗的匹配。
本申请实施例的风电变流器系统，同相的所有机侧电缆或者所有箱变电缆上被分配到的电流均相等，一方面不增加系统成本，另一方面保证电流与各自对应机器功率匹配。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种风电变流器系统，其特征在于：所述风电变流器系统包括并联连接的N台风电变流器；每一台风电变流器每一相的进线端均通过机侧电缆与电机连接，每一相的出线端均通过箱变电缆与箱式变压器连接；其中，
所述N台风电变流器中至少一个同相的所有机侧电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有机侧电缆上被分配到的电流均相等；和/或，
所述N台风电变流器中至少一个同相的所有箱变电缆的数量为N的非整数倍，且同相的所有箱变电缆上被分配到的电流均相等。
2.根据权利要求1所述的风电变流器系统，其特征在于，所述N台风电变流器均为功率相同的风电变流器，且同相的机侧电缆之间均通过第一电流回路短接，和/或，同相的箱变电缆之间均通过第二电流回路短接。
3.根据权利要求2所述的风电变流器系统，其特征在于，所述第一电流回路包括第一短接电缆，所述第二电流回路包括第二短接电缆。
4.根据权利要求3所述的风电变流器系统，其特征在于，所述第一短接电缆的长度为同相的进线端之间的距离；所述第二短接电缆的长度为同相的出线端之间的距离。
5.根据权利要求1所述的风电变流器系统，其特征在于，每一台风电变流器均包括串联连接的机侧电感、机侧变流器、网侧变流器以及网侧电感；所述N台风电变流器包括功率不相同的风电变流器；
其中，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的阻抗之比与功率之比成反比。
6.根据权利要求5所述的风电变流器系统，其特征在于，在不计入机侧电感阻抗的情况下，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的机侧电感感量之比与功率之比成反比。
7.根据权利要求5所述的风电变流器系统，其特征在于，在不计入网侧电感阻抗的情况下，在功率不相同的风电变流器之间，风电变流器的网侧电感感量之比与功率之比成反比。
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