CN114597945A - 基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法 - Google Patents

基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，属于风力发电领域，包括步骤：双馈风力发电机组高电压定子回路采用并网接触器兼容断路器方式运行，包括并网接触器作为机组运行并入电网时的准同期并网运行和切除运行脱网；并网接触器利用双馈风力发电机组高阻抗升压变压器，限制定子回路短路电流和超瞬态电流在并网接触器预期可承受的范围内，高电压定子回路并网接触器兼容断路器使用。本发明提高了双馈风力发电机组电气部件的利用率，节约费用，提高双馈风力发电机组电气传动链的经济性和安全可靠性，也便于机组运行和维护。

Description

基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法
技术领域
本发明涉及风力发电领域，更为具体的，涉及一种基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法。
背景技术
国内新能源风电市场迅速发展，装机容量稳步增加，国内运行的风力发电机组有一半以上是采用了双馈风力发电机组；目前，国内风电市场在平价竞价竞争态势下，风电整机厂为了保持持续风机降本，开发出来的双馈风力发电机组，额定功率越来越大。未来风电市场的风力发电机组电气传动链性价比要求会越来越高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，提高双馈风力发电机组电气部件的利用率，节约费用，提高双馈风力发电机组电气传动链的经济性和安全可靠性，也便于机组运行和维护。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，双馈风力发电机组高电压定子回路采用并网接触器兼容断路器方式运行，包括并网接触器作为机组运行并入电网时的准同期并网运行和脱网运行；并网接触器利用双馈风力发电机组高阻抗升压变压器，限制定子回路短路电流和超瞬态电流在并网接触器预期可承受的范围内，高电压定子回路并网接触器兼容断路器使用。
在该技术方案中，提供了一种双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器兼容断路器的运行方式，一方面将并网接触器作为机组运行并入电网时的准同期并网运行和切除运行脱网；另一方面，利用双馈风力发电机组高阻抗升压变压器，可以限制高电压定子回路短路电流和超瞬态电流在并网接触器预期可承受的范围内，高电压定子回路并网接触器可以兼容断路器使用。同时，可以满足风力发电机组并网、切除(脱网)和保护定子回路和双馈异步发电机的作用。这样的技术方案，一举两得，可以节约三相断路器的使用和运行，不仅提高双馈风力发电机组电气部件的利用率，节约了费用，而且提高了双馈风力发电机组电气传动链的经济性和安全可靠性，也便于机组运行和维护。
进一步地，所述并网接触器的运行方式包括单回路并网接触器运行方式和双回路并网接触器运行方式。
在该技术方案中，双馈风力发电机组采用高电压定子回路单回路并网接触器，至少可以节约一个三相断路器。双馈风力发电机组采用高电压定子回路双回路并网接触器的至少可以节约两个三相断路器。
进一步地，在所述单回路并网接触器运行方式下，只采用一个高电压三相接触器，同时兼容一个高电压三相断路器。
在该技术方案中，其采用常规的转子开口电压，保证了双馈异步发电机组在常规较经济的转速区间内运行，同时保持双馈异步发电机转子工作电压不超过变流器机侧的最高工作电压，保证了双馈异步发电机组的安全运行。双馈风力发电机组定子回路采用高额定电压(比如10KV)，使得机组额定工况时，其双馈异步发电机定子回路和转子回路总额定电流有较大幅度减少，其中定子回路额定电流减少91～93％；双馈异步发电机组的电气传动链经济性较好。
进一步地，在所述双回路并网接触器运行方式下，只采用两个高电压三相接触器，同时兼容两个高电压三相断路器。
在该技术方案中，基于双馈风力发电机组转子回路高开口电压、转子额定小滑差技术以及定子回路高额定电压与较高额定电压“换挡”切换技术的使用，保证了双馈异步发电机在常规经济运行范围内(速比在1.75及以上)运行，同时保持双馈异步发电机转子工作电压不超过变流器机侧的最高工作电压，保证了双馈风力发电机组的安全运行。双馈风力发电机组定子回路采用高额定电压(比如10KV)，使得机组额定工况时，其双馈异步发电机定子回路和转子回路总额定电流有较大幅度减少，其中定子回路额定电流减少91～93％；双馈异步发电机组的电气传动链经济性较好。
进一步地，在所述双回路并网接触器运行方式下，双馈风力发电机组转子回路采用高开口电压。
进一步地，在所述双回路并网接触器运行方式下，转子转速采用额定小滑差，将转子回路额定有功功率转到高额定电压定子回路上。在该技术方案中，机组是基于采用定子回路高额电压和转子回路低额定电流以及转子转速额定小滑差技术，同等额定功率的双馈风力发电机组，双回路并网接触器运行方式与单回路并网接触器运行方式相比，把后者低额定电压转子回路的56％额定有功功率转移至前者高额定电压定子回路上，前者机组上网侧等效总额定电流减少36％，前者转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母总电流减少37％，前者转子回路变流器机侧额定电流减少37％，前者转子变流器网侧额定电流减少56％，前者转子直流侧额定电流减少56％，前者发电机总额定电流减少30％。这样一来双馈风力发电机组电气传动链动力回路的损耗大幅度降低，效率也得到了提高，重量也大幅度下降，成本降低十分明显。另外，又加上采用交流与直流变相的下行扭缆输电技术、以及大幅度升高下行扭缆额定电压(转子机侧较低的三相交流额定电压变相为两相较高的直流额定电压)技术，可以大幅度减少转子回路额定电流；所以，将双馈风力发电机组变流器的机侧和部分直流环节放置其机组机舱，转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母额定电流可以减少81％，机组机舱至塔基的下行电缆或管母总额定电流可以减少63％，进一步使双馈风力发电机组电气传动链转子回路的损耗大幅度降低，效率得到了提高，重量大幅度下降，成本降低十分明显。
进一步地，在所述双回路并网接触器运行方式下，将高压定子回路高额定电压与较高额定电压进行“换挡”切换。
在该技术方案中，利用“换挡”切换，可以保证在常规机组经济转速范围内运行(速比在1.75及以上)。
进一步地，将双馈风力发电机组变流器设置在塔基位置。在该技术方案中，双馈风力发电机组变流器放置在塔基，且转子采用额定小滑差技术，尽可能将转子回路额定有功功率转到高额定电压定子回路上，同时转子回路采用高开口电压，使得机组额定工况时，发电机定子回路和转子回路总额定电流大幅度减少。在具体实施方式中，即使其定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压，双馈风力发电机组额定功率达到21MW(双馈风力发电机组变流器放置在塔基)，其机组机舱下行扭缆等效动力总额定电流都不会超过5000A(Y级)，与单回路并网接触器运行方式比较，额定发电容量可以提高40％左右。
进一步地，所述双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上，转子回路下行扭缆输电电压，采用两相直流额定电压。
在该技术方案中，双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上，转子回路下行扭缆输电电压，可采用两相较高的直流额定电压，且采用转子回路高开口电压和转子额定小滑差技术，使得机组额定工况时，使双馈异步发电机定子回路和转子回路总额定电流大幅度减少。在具体实施过程中，即使其定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压，双馈风力发电机组额定功率达到55MW(双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱)，机组机舱下行扭缆等效动力总额定电流都不会超过5000A(Y级)。
进一步地，所述双馈风力发电机组高电压定子回路始终采用高额定电压，双馈风力发电机组转子回路始终采用低额定电压。
在该技术方案中，双馈风力发电机组电气传动链降本，基本思路就是降低其机组单位额定功率下的输电电流，也即动力回路的导体截面积，提高电气导体材料的利用率，提高使用效率，降低成本。因此，本技术方案实现双馈风力发电机组高电压定子回路采用高额定电压(比如10KV)运行，大部分发电输出功率采用高电压输出功率，使得机组额定工况时，其双馈异步发电机定子回路和转子回路总额定电流有较大幅度减少，其中可使定子回路额定电流减少91～93％。
进一步地，所述高额定电压“换挡”到较高额定电压的换挡电压比值在1.5～1.8之间。
进一步地，所述双馈风力发电机组变流器设置在塔基位置时，双馈风力发电机组额定功率在4～21MW之间。
进一步地，所述双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上时，双馈风力发电机组额定功率在4～55MW之间。
进一步地，所述高额定电压具体为大于1000V的交流额定电压，所述低额定电压具体为小于等于1000V的交流额定电压。它们符合相关的国家标准和国际标准的电气安全方面的要求，也满足机械电气安全方面强制性国家标准要求。
进一步地，转子额定电压在575V～1000VAC之间，双馈风力发电机组变流器直流环节直流额定电压在800V～1500VDC之间，额定小滑差在 -0.0666±0.05之间，转子高开口电压在2500V～4000VAC之间。
本发明的有益效果包括：
(1)双馈风力发电机组高电压定子回路采用单回路高电压并网接触器兼容一个高电压三相断路器，至少可以节约一个高电压三相断路器；双馈风力发电机组定子回路采用高额定电压(比如10KV)，使得机组额定工况时，其双馈异步发电机定子回路额定电流大幅度减少 91～93％。双馈异步发电机组的电气传动链经济性较好。
(2)双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式，只采用两个高电压三相接触器，同时兼容两个高电压三相断路器，至少节约了二个高电压三相断路器。它们基于双馈风力发电机组转子回路高开口电压、转子额定小滑差技术以及定子回路高额定电压与较高额定电压“换挡”切换技术的使用，保证了双馈异步发电机在常规较经济的转速区间内(速比在1.75及以上)运行，同时保持双馈异步发电机转子工作电压不超过变流器机侧的最高工作电压，保证了双馈风力发电机组的安全运行。双馈风力发电机组定子回路采用高额定电压(比如10KV)，使得机组额定工况时，其双馈异步发电机定子回路额定电流大幅度减少91～93％，双馈异步发电机组的电气传动链经济性较好。
(3)双馈风力发电机组变流器在塔基，其扭缆总额定电流小于 5000A(Y级)，双馈风力发电机组高电压定子回路双回路并网接触器方式与高电压定子回路单回路并网接触器方式比较，前者双馈风力发电机组额定发电容量可以高出后者40％。
(4)双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式，其机组是基于采用定子回路高额定电压和转子回路低额定电压以及转子转速额定小滑差技术，同等额定功率的双馈风力发电机组，把后者低额定电压转子回路的56％额定有功功率转移至前者高额定电压定子回路上，前者机组上网侧等效总额定电流减少36％，前者转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母总电流减少37％，前者转子回路变流器机侧额定电流减少37％，前者转子变流器网侧额定电流减少56％，前者转子直流侧额定电流减少56％，发电机总额定电流减少30％，前者发电机定子电流加转子直流侧等效总额定电流减少30％。这样一来双馈风力发电机组电气传动链动力回路的损耗大幅度降低、效率也得到了提高、重量也大幅度下降，成本降低十分明显。
(5)双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式，其机组是基于采用定子回路高额定电压和转子回路低额定电压以及转子转速额定小滑差技术，其转子回路同等额定功率下，另外又加上采用交流与直流变相的下行扭缆输电技术、以及大幅度升高下行扭缆额定电压(转子机侧较低的三相交流额定电压变相为两相较高的直流额定电压)技术，可以大幅度减少转子回路额定电流，所以，将双馈风力发电机组变流器的机侧和部分直流环节放置其机组机舱，转子回路机舱至塔基段的下行电缆或管母或管母额定电流可以减少81％,机组机舱至塔基段的下行电缆或管母总额定电流可以减少63％。双馈风力发电机组电气传动链转子回路的损耗大幅度降低、效率得到了提高、重量大幅度下降，成本降低十分明显。
(6)双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式，双馈风力发电机组变流器放置在塔基，且其转子采用额定小滑差技术，尽可能将其转子额定有功功率转到高额定电压定子回路上，同时转子回路采用高开口电压，使得双馈风力发电机组额定工况时，发电机定子回路和转子回路总额定电流大幅度减少；即使其定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压，双馈风力发电机组额定功率达到21MW(双馈风力发电机组变流器放置在塔基)，其机组机舱下行扭缆等效动力总额定电流都不会超过5000A(Y级)。
(7)双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式，其变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上，转子回路下行扭缆输电电压，采用两相较高的直流额定电压，且采用转子回路高开口电压和转子额定小滑差技术，使得机组额定工况时，发电机定子回路和转子回路总额定电流大幅度减少；即使其定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压，双馈风力发电机组额定功率达到55MW(双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱)，机组机舱下行扭缆等效动力总额定电流都不会超过5000A(Y级)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常规双馈风力发电机组单回路并网电气拓扑图；
图2为本发明一种实施例中双馈风力发电机组单回路并网电气拓扑图；
图3为本发明一种实施例中双馈风力发电机组单回路并网电气拓扑图；
图4为常规双馈风力发电机组双回路并网电气拓扑图；
图5为本发明一种实施例中双馈风力发电机组双回路并网电气拓扑图；
图6为本发明一种实施例中双馈风力发电机组双回路并网电气拓扑图。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
1.根据常规双馈风力发电机组单回路并网电气拓扑图(图1)和常规双馈风力发电机组双回路并网电气拓扑图(图4)，其中机组升压变压器短路阻抗按规范要求，一般小于12。假设升压变压器的容量为
Figure BDA0003554179730000091
变压器短路阻抗ud％＝12～24，双馈风力发电机组升压变压器二次侧额定电压U1N，那么其升压变压器二次侧短路容量
Figure BDA0003554179730000092
同时三相短路电流
Figure BDA0003554179730000101
瞬态电流
Figure BDA0003554179730000102
如果双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器兼容断路器，必要条件是高电压并网接触器额定耐受短路电流和极限开断电流
Figure BDA0003554179730000103
和极限电流i'j'dz≥i'd'z。按照变压器标准(GB1094.5)，6.3MVA～25MVA的变压器最小短路阻抗ud％＝8.0(目前风电市场风力发电机组容量小于20MW，且变压器容量小于25MVA)，当双馈风力发电机组升压变压器高短路阻抗ud％分别采用12、15、18、21、24时，其机组的二次侧的短路电流和瞬态短路电流对应分别减少29％、43％、52％、59％、64％；一般情况，双馈风力发电机组高阻抗升压变压器采用短路阻抗ud％＝12～15，就可以满足双馈风力发电机组高电压定子回路采用并网接触器兼容断路器方式运行。因此，双馈风力发电机组高电压单回路并网接触器兼容断路器方式运行可见图2、图3所示，至少可以节约一个高电压三相断路器；双馈风力发电机组高电压双回路并网接触器兼容断路器方式运行可见图5、图6所示，至少可以节约二个高电压三相断路器。
双馈风力发电机组高电压定子回路采用并网接触器兼容断路器方式运行，可以满足双馈风力发电机组并网、脱网和保护定子回路和双馈异步发电机的作用；一举两得，提高了双馈风力发电机组电气部件的利用率，节约了费用，提高了双馈风力发电机组电气传动链的经济性和安全可靠性，也便于机组的运行和维护。
2.本发明实施例中，基于双馈风力发电机组高电压定子回路是指定子回路额定电压大于1000V的交流额定电压；其机组电气传动链高电压系统符合GB/T3906国家标准和国际标准有关电气安全方面的要求，也满足机械电气安全方面强制性GB311、GB5226.3国家标准要求。本发明双馈风力发电机组转子回路额定电压始终采用低额定电压，即小于等于1000V的交流额定电压；其低压系统符合GB/T18451.1国家标准和IEC61400-1、IEC62993、IEC62477国际标准有关电气安全方面的要求，也满足机械电气安全方面强制性GB28526国家标准要求。
3.根据风电工程实际的使用情况，双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器兼容断路器的运行方式，分为高电压定子回路单回路并网接触器方式(图2)和高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)。
4.如图2所示，双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器为高电压定子回路单回路并网接触器方式，只采用一个高电压三相接触器，同时兼容一个高电压三相断路器，至少节约了一个高电压三相断路器；其采用常规的转子开口电压，保证了双馈异步发电机组在常规较经济的转速区间内运行，同时保持双馈异步发电机转子工作电压不超过变流器机侧的最高工作电压，保证了双馈异步发电机组的安全运行。
图2中，其机组定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压；比如定子回路额定电压10KV，转子回路额定电压690～900V，额定滑差
Figure BDA0003554179730000111
双馈异步发电机额定有功功率为100％(标幺值)，常规双馈风力发电机组定子回路额定电压由690V变到10KV，当机组额定工况时，10KV定子回路和转子回路总额定电流减少到
Figure BDA0003554179730000112
10KV定子回路额定电流减少93.1％；常规双馈风力发电机组定子回路额定电压由900V 变到10KV，当机组额定工况时，10KV定子回路大幅度减少(0.9/10＝0.09)， 10KV定子回路额定电流减少91％；双馈异步发电机组的电气传动链经济性较好。
5.双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)，采用两个高电压三相接触器，同时兼容两个高电压三相断路器，至少节约了二个高电压三相断路器；它们是基于双馈风力发电机组转子回路高开口电压、转子额定小滑差技术以及定子回路高额定电压与较高额定电压“换挡”切换技术的使用，保证了双馈异步发电机在常规经济运行范围内(速比在1.75及以上)运行，同时保持双馈异步发电机转子工作电压不超过变流器机侧的最高工作电压，保证了双馈风力发电机组的安全运行。
例1，如图5中，双馈异步发电机电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000121
(s为双回路并网)，转子转差率为ss，其双馈异步发电机定子电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000122
转子电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000123
定子回路高额定电压U1N＝10kV，转子回路额定电压U2N＝690V，转子开口电压
Figure BDA0003554179730000124
双馈异步发电机极对数p＝2，同步转速
Figure BDA0003554179730000125
额定转速
Figure BDA0003554179730000126
定子回路高额定电压“换挡”到较高额定电压的比值1.7182，较高额定电压 10V/1.7182＝5.82V，定子回路“换挡”到较高额定电压后的转子开口电压
Figure BDA0003554179730000127
在双馈风力发电机组接入电网，其额定频率 f1 1＝50Hz，变流器机侧最高工作电压
Figure BDA0003554179730000128
由于双馈风力发电机组转子工作电压
Figure BDA0003554179730000129
在定子回路高额定电压10KV运行时，最低转速
Figure BDA00035541797300001210
在定子回路较高额定电压5.82KV运行时，最低转速
Figure BDA00035541797300001211
Figure BDA00035541797300001212
那么，双馈风力发电机组额定转速与最低转速之比(速比)
Figure BDA00035541797300001213
图5中，双馈异步发电机定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压；比如定子回路额定电压10KV时，转子回路额定电压690或900V，额定滑差
Figure BDA0003554179730000131
(双回路并网、额定小滑差)，双馈异步发电机额定有功功率为 100％(标幺值)，而常规双馈风力发电机组定子回路额定电压由690V变到 10KV，以及额定滑差
Figure BDA0003554179730000132
(双回路并网、额定小滑差)，当机组额定工况时， 10KV定子回路额定电流大幅度减少(1-0.69/10＝)93.1％；常规双馈风力发电机组定子回路额定电压由900V变到10KV，额定滑差
Figure BDA00035541797300001313
(双回路并网、额定小滑差)，机组额定工况时，10KV定子回路额定电流大幅度减少 (1-0.9/10＝)91％；双馈异步发电机组的电气传动链经济性较好。
6.双馈风力发电机组变流器在塔基，扭缆总额定电流小于5000A(Y级)，双馈风力发电机组高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)与单回路并网接触器方式(图2)比较，前者双馈风力发电机组额定发电容量可以高出后者40％。
例2，双馈风力发电机组单回路并网接触器方式(图2)，其机组总电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000133
额定转速
Figure BDA0003554179730000134
转子开口电压
Figure BDA0003554179730000135
同步转速
Figure BDA0003554179730000136
定子回路额定电压U1N＝10kV，转子额定电压U2N＝690V，转子额定滑差
Figure BDA0003554179730000137
忽略回路电阻，双馈风力发电机组定子回路额定有功功率
Figure BDA0003554179730000138
双馈风力发电机组转子回路机侧额定有功功率
Figure BDA0003554179730000139
定子回路额定电流
Figure BDA00035541797300001310
转子回路变流器机侧额定电流
Figure BDA00035541797300001311
断面1(图2)的总额定电流(即定子回路额定电流加转子回路变流器机侧额定电流)
Figure BDA00035541797300001312
而双馈风力发电机组双回路并网接触器方式(图5)，其机组总电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000141
额定转速
Figure BDA0003554179730000142
转子开口电压
Figure BDA0003554179730000143
同步转速
Figure BDA0003554179730000144
定子回路额定电压U1N＝10kV，转子回路额定电压 U2N＝690V，转子额定滑差
Figure BDA0003554179730000145
忽略回路电阻，双馈风力发电机组定子回路额定有功功率
Figure BDA0003554179730000146
双馈风力发电机组转子回路机侧额定有功功率
Figure BDA0003554179730000147
定子回路额定电流
Figure BDA0003554179730000148
转子回路变流器机侧额定电流
Figure BDA0003554179730000149
断面1(图5)的总额定电流(即定子回路额定电流加转子回路变流器机侧额定电)
Figure BDA00035541797300001410
Figure BDA00035541797300001411
双馈风力发电机组变流器在塔基，扭缆总额定电流小于5000A(Y级)，双馈风力发电机组高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)与单回路并网接触器方式(图2)比较，18356/12753.5＝1.439，其双馈风力发电机组额定发电容量大于40％。
7.双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)，其机组采用定子回路高额定电压和转子回路低额定电压以及转子转速额定小滑差技术，同等额定功率的双馈风力发电机组，与双馈风力发电机组高电压定子回路单回路并网接触器方式相比，把后者低额定电压转子回路的56％额定有功功率转移至前者高额定电压定子回路上，前者机组上网侧等效总额定电流减少36％，前者转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母总额定电流减少37％，前者双馈异步发电机总额定电流减少30％。双馈风力发电机组电气传动链动力回路的损耗大幅度降低，效率也得到了提高，重量也大幅度下降，成本降低十分明显。
例3，双馈风力发电机组单回路并网接触器方式(图2)，其机组总电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000151
(d为单并网回路)，额定转速
Figure BDA0003554179730000152
转子开口电压
Figure BDA0003554179730000153
同步转速
Figure BDA0003554179730000154
转子额定滑差
Figure BDA0003554179730000155
定子回路额定电压U1N＝10kV，忽略回路电阻，转子回路变流器机侧额定电流为
Figure BDA0003554179730000156
Figure BDA0003554179730000157
转子回路额定电压 U2N＝690V，变流器机侧额定有功功率
Figure BDA0003554179730000158
变流器效率ηc＝97％，变流器网侧额定有功功率
Figure BDA0003554179730000159
变流器网侧额定电流
Figure BDA00035541797300001510
定子回路额定电流
Figure BDA00035541797300001511
双馈异步发电机的总额定电流(断面1，图2)
Figure BDA00035541797300001512
Figure BDA00035541797300001513
其机组上网侧等效总额定电流(断面2，图2，忽略辅助回路电流)
Figure BDA00035541797300001514
双馈风力发电机组双回路并网接触器方式(图5)，其机组总电磁有功功率
Figure BDA00035541797300001515
(s为双并网回路)，额定转速
Figure BDA00035541797300001516
转子开口电压
Figure BDA00035541797300001517
同步转速
Figure BDA00035541797300001518
转子额定滑差
Figure BDA00035541797300001519
定子回路额定电压U1N＝10kV，忽略回路电阻，转子回路变流器机侧额定电流
Figure BDA00035541797300001520
Figure BDA00035541797300001521
转子回路额定电压U2N＝690V，变流器机侧额定有功功率
Figure BDA00035541797300001522
变流器效率ηc＝97％，变流器网侧额定有功功率
Figure BDA00035541797300001523
变流器网侧额定电流
Figure BDA00035541797300001524
定子回路额定电流
Figure BDA00035541797300001525
双馈异步发电机总电流(图5，断面1)
Figure BDA0003554179730000161
其机组上网侧等效总额定电流(断面2，图5，忽略辅助回路电流)
Figure BDA0003554179730000162
Figure BDA0003554179730000163
双馈风力发电机组双回路并网接触器方式(图5)与双馈风力发电机组单回路并网接触器方式(图2)，双馈风力发电机组同等额定功率时，即
Figure BDA0003554179730000164
Figure BDA0003554179730000165
Figure BDA0003554179730000166
把后者低额定电压转子回路56％额定有功功率转移至前者高额定电压定子回路上；
Figure BDA0003554179730000167
前者双馈风力发电机组上网侧等效总额定电流减少36％；
Figure BDA0003554179730000168
Figure BDA0003554179730000169
前者双馈风力发电机组转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母额定电流减少37％，同时，前者双馈风力发电机组转子回路变流器机侧额定电流减少37％；
Figure BDA00035541797300001610
Figure BDA00035541797300001611
前者双馈风力发电机组转子回路变流器网侧额定电流减少56％。
Figure BDA00035541797300001612
Figure BDA00035541797300001613
前者双馈风力发电机组转子直流侧额定电流减少56％；
Figure BDA00035541797300001614
前者双馈异步发电机总额定电流减少30％。
8.双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)，其机组是基于采用定子回路高额定电压和转子回路低额定电压以及转子转速额定小滑差技术，其转子回路同等额定功率下，另外又加上采用交流与直流变相的下行扭缆输电技术、以及大幅度升高下行扭缆额定电压(转子机侧较低的三相交流额定电压变相为两相较高的直流额定电压)技术，可以大幅度减少转子回路下行扭缆额定电流；所以，将变流器的机侧和部分直流环节放置其机组机舱(图6)，转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母额定电流可以减少81％，机组机舱至塔基的下行电缆或管母总额定电流可以减少63％。双馈风力发电机组电气传动链转子回路的损耗大幅度降低、效率得到了提高、重量大幅度下降，成本降低十分明显。
例4，双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5、图6)，机组总电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000171
额定转速
Figure BDA0003554179730000172
转子开口电压
Figure BDA0003554179730000173
同步转速
Figure BDA0003554179730000174
转子额定滑差
Figure BDA0003554179730000175
定子回路额定电压U1N＝10kV，忽略回路电阻，转子回路变流器机侧额定电流
Figure BDA0003554179730000176
Figure BDA0003554179730000177
变流器机侧额定有功功率
Figure BDA0003554179730000178
转子回路额定电压U2N＝690V，变流器直流额定电压
Figure BDA0003554179730000179
忽略变流器机侧损耗，变流器机侧直流环节直流额定电流
Figure BDA00035541797300001710
Figure BDA00035541797300001711
变流器效率ηc＝97％，转子回路变流器网侧额定有功功率
Figure BDA00035541797300001712
变流器网侧额定电流
Figure BDA00035541797300001713
机组同功率下，等效三相回路，直流两相变交流三相，
Figure BDA00035541797300001714
Figure BDA00035541797300001715
定子回路额定电流
Figure BDA00035541797300001716
双馈异步发电机转子回路机舱至塔基的下行电缆或管母额定电流减少：
Figure BDA0003554179730000181
取81％。
变流器机侧和部分直流环节放置双馈异步发电机组机舱(图6),其机组机舱至塔基下行电缆或管母总额定电流可以减少：
Figure BDA0003554179730000182
Figure BDA0003554179730000183
取63％。
9.双馈风力发电机组变流器放置在塔基，且其转子采用额定小滑差技术，尽可能将其转子额定有功功率转到高额定电压定子回路上，同时转子回路采用高开口电压，使得双馈风力发电机组额定工况时，发电机定子回路和转子回路总额定电流大幅度减少；即使其定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压，双馈风力发电机组额定功率达到21MW(双馈风力发电机组变流器放置在塔基)，其机组机舱下行扭缆等效动力总额定电流都不会超过5000A(Y级)。
例5，双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)，其机组总电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000184
额定转速
Figure BDA0003554179730000185
转子开口电压
Figure BDA0003554179730000186
同步转速
Figure BDA0003554179730000187
转子额定滑差
Figure BDA0003554179730000188
定子回路额定电压U1N＝10kV，忽略回路电阻，变流器机侧额定电流
Figure BDA0003554179730000189
定子回路额定电流
Figure BDA00035541797300001810
双馈异步发电机组机舱至塔基下行电缆或管母总额定电流(图5，断面1)
Figure BDA00035541797300001811
10.双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上，转子回路下行扭缆输电电压，采用两相较高的直流额定电压，且采用转子回路高开口电压和转子额定小滑差技术，使得机组额定工况时，发电机定子回路和转子回路总额定电流大幅度减少；即使其定子回路采用高额定电压，转子回路采用低额定电压，双馈风力发电机组额定功率达到55MW(双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱)，机组机舱下行扭缆等效动力总额定电流都不会超过5000A(Y级)。
例6，双馈风力发电机组高电压定子回路并网接触器采用高电压定子回路双回路并网接触器方式(图5)，其机组总电磁有功功率
Figure BDA0003554179730000191
额定转速
Figure BDA0003554179730000192
转子开口电压
Figure BDA0003554179730000193
同步转速
Figure BDA0003554179730000194
转子额定滑差
Figure BDA0003554179730000195
定子回路额定电压U1N＝10kV，忽略回路电阻，定子回路额定电流
Figure BDA0003554179730000196
转子回路额定电压U2N＝900V，变流器直流额定电压
Figure BDA0003554179730000197
转子回路变流器机侧额定有功功率
Figure BDA0003554179730000198
忽略变流器机侧损耗，变流器机侧直流环节直流额定电流
Figure BDA0003554179730000199
变流器机侧和部分直流环节放置风力发电机组机舱(图6),机组同功率下，等效三相回路，直流两相变交流三相，
Figure BDA00035541797300001910
双馈异步发电机组机舱至塔基下行电缆或管母总额定电流(图6，断面1)
Figure BDA00035541797300001911
11.双馈异步发电机组接入电网额定频率50Hz,定子额定电压10～ 30KVAC，转子额定电压575V～1000VAC,双馈风力发电机组变流器直流环节直流额定电压800V～1500VDC,双馈风力发电机组额定功率4～21MW (变流器在塔基)或55MW(变流器机侧和直流环节部分在机舱)。额定小滑差在-0.0666±0.05之间，转子高开口电压2500V～4000VAC；双馈风力发电机组高电压定子回路双回路并网接触器的高额定电压“换挡”到较高额定电压的换挡电压比值1.5～1.8。
实施例1：一种基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，包括步骤：
双馈风力发电机组高电压定子回路采用并网接触器兼容断路器方式运行，包括并网接触器作为机组运行并入电网时的准同期并网运行和脱网运行；并网接触器利用双馈风力发电机组高阻抗升压变压器，限制定子回路短路电流和超瞬态电流在并网接触器预期可承受的范围内，高电压定子回路并网接触器兼容断路器使用。
实施例2：在实施例1的基础上，所述并网接触器的运行方式包括单回路并网接触器运行方式和双回路并网接触器运行方式。
实施例3：在实施例2的基础上，在所述单回路并网接触器运行方式下，只采用一个高电压三相接触器，同时兼容一个高电压三相断路器。
实施例4：在实施例2的基础上，在所述双回路并网接触器运行方式下，只采用两个高电压三相接触器，同时兼容两个高电压三相断路器。
实施例5：在实施例4的基础上，在所述双回路并网接触器运行方式下，双馈风力发电机组转子回路采用高开口电压。
实施例6：在实施例4或5的基础上，在所述双回路并网接触器运行方式下，转子转速采用额定小滑差，将转子回路额定有功功率转到高额定电压定子回路上。
实施例7：在实施例6的基础上，在所述双回路并网接触器运行方式下，将高压定子回路高额定电压与较高额定电压进行“换挡”切换。
实施例8：在实施例6的基础上，将双馈风力发电机组变流器设置在塔基位置。
实施例9：在实施例6的基础上，所述双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上，转子回路下行扭缆输电电压，采用两相直流额定电压。
实施例10：在实施例6的基础上，所述双馈风力发电机组高电压定子回路始终采用高额定电压，双馈风力发电机组转子回路始终采用低额定电压。
实施例11：在实施例7的基础上，所述高额定电压“换挡”到较高额定电压的换挡电压比值在1.5～1.8之间。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，包括步骤：
双馈风力发电机组高电压定子回路采用并网接触器兼容断路器方式运行，包括并网接触器作为机组运行并入电网时的准同期并网运行和脱网运行；并网接触器利用双馈风力发电机组高阻抗升压变压器，限制定子回路短路电流和超瞬态电流在并网接触器预期可承受的范围内，高电压定子回路并网接触器兼容断路器使用。
2.根据权利要求1所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述并网接触器的运行方式包括单回路并网接触器运行方式和双回路并网接触器运行方式。
3.根据权利要求2所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，在所述单回路并网接触器运行方式下，只采用一个高电压三相接触器，同时兼容一个高电压三相断路器。
4.根据权利要求2所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，在所述双回路并网接触器运行方式下，只采用两个高电压三相接触器，同时兼容两个高电压三相断路器。
5.根据权利要求4所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，在所述双回路并网接触器运行方式下，双馈风力发电机组转子回路采用高开口电压。
6.根据权利要求4或5任一项所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，在所述双回路并网接触器运行方式下，转子转速采用额定小滑差，将转子回路额定有功功率转到高额定电压定子回路上。
7.根据权利要求6所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，在所述双回路并网接触器运行方式下，将高压定子回路高额定电压与较高额定电压进行“换挡”切换。
8.根据权利要求6所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，将双馈风力发电机组变流器设置在塔基位置。
9.根据权利要求6所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上，转子回路下行扭缆输电电压，采用两相直流额定电压。
10.根据权利要求6所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述双馈风力发电机组高电压定子回路始终采用高额定电压，双馈风力发电机组转子回路始终采用低额定电压。
11.根据权利要求7所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述高额定电压“换挡”到较高额定电压的换挡电压比值在1.5～1.8之间。
12.根据权利要求8所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述双馈风力发电机组变流器设置在塔基位置时，双馈风力发电机组额定功率在4～21MW之间。
13.根据权利要求9所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述双馈风力发电机组变流器机侧和直流环节部分放置在机舱上时，双馈风力发电机组额定功率在4～55MW之间。
14.根据权利要求10所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，所述高额定电压具体为大于1000V的交流额定电压，所述低额定电压具体为小于等于1000V的交流额定电压。
15.根据权利要求12或13任一项所述的基于定子回路高压双切换的双馈风力发电机组运行方法，其特征在于，转子额定电压在575V～1000VAC之间，双馈风力发电机组变流器直流环节直流额定电压在800V～1500VDC之间，额定小滑差在-0.0666±0.05之间，转子高开口电压在2500V～4000VAC之间。
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