CN201750164U - 基于多变流器的风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于双变流器的风力发电机组，其特征在于，其包括至少两变流器、风力发电机和变压器，所述风力发电机分别与所述至少两变流器的输入端连接，所述至少两变流器的输出端与所述变压器的输入端连接。本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组，采用并联工作的多变流器以进行风力发电机组的变频控制，更为可靠稳定。

Description

基于多变流器的风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组，尤其涉及一种基于多变流器的风力发电机组。

背景技术

随着经济的发展能源已经成为重要的战略资源，传统的煤、石油、天然气都为不可再生能源不具备可持续利用的能力，总有枯竭的一天，在这种背景下以风能、太阳能等为代表的新能源成为了新的选择，新能源战略也被提升到了一个新的高度，其中尤以风能的开发利用得到了前所未有的发展，风力发电机组作为将风能转化为电能的执行者也经历了突飞猛进的发展，从曾经的几十千瓦机组再到兆瓦机组，单机功率越来越高。

在风力发电机中，风能是通过叶轮和叶片吸收能量并将其转变成变化的旋转的动能，旋转的动能通过发电机变成电压和频率波动的电能，变流器将变化的电能转化成电压和频率符合电网规范的电能输送到电网。在此过程中风机主控制器对整机的变桨系统、偏航系统、润滑系统等进行控制，并根据风速的变化对整机功率进行调节。

风电机组的增大需要相应变流模块的增大，这给大功率变流器提出了不小的挑战，变流器功率变大意味着更大的电流或电压，从传统的传动系统的做法主要由采用高压变频器，提高系统的电压，这种方案也意味着变流器需要采用高压电力电子器件，从成本角度讲高压大功率电力电子器件要比低压的成本高出许多，另一种形式是采用低压变流器，将变流器进行并联，例如3MW的机组中采用两个1.5MW的变流器并联工作，这对变流器以及整机的控制方式提出了严峻的挑战，两个变流器并联运行比同一个变流器并联功率模块更为复杂，两变流器并联工作时不仅需要一个变流器内部之间的功率模块能够协调工作，更需要两个变流器之间的功率有一个合理的分配，功率分配不当会使系统工作不稳定甚至是功率模块烧毁。并联使用时除变频器本身还需要与发电机、变压器等有很好的配合，确使系统在一个协调平衡的环境下稳定工作，环节中任何一部分出现问题都可能是系统难以正常工作。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于多变流器的风力发电机组，其提供了可靠稳定的风力发电机组变频控制。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于双变流器的风力发电机组，其包括至少两变流器、风力发电机和变压器，所述风力发电机分别与所述至少两变流器的输入端连接，所述至少两变流器的输出端与所述变压器的输入端连接。

实施时，本实用新型所述的基于双变流器的风力发电机组，还包括控制模块，所述控制模块包括至少两网侧控制器和一机侧控制器；

所述变流器的网侧功率模块分别与一所述网侧控制器连接；

所述至少两变流器都与所述机侧控制器连接。

实施时，当所述风力发电机为多绕组风力发电机时，每一该风力发电机的绕组分别与一所述变流器的输入端连接，所述变压器为单绕组变压器。

实施时，当所述风力发电机为单绕组风力发电机时，所述风力发电机的绕组与该至少两变流器的输入端连接，所述变压器为多绕组变压器。

与现有技术相比，本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组，采用并联工作的多变流器以进行风力发电机组的变频控制，更为可靠稳定。

附图说明

图1是本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组的一具体实施例的结构图；

图2-1、图2-2分别是本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组的一具体实施例的接线说明图；

图3是本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组的变流器内部信号控制框图。

具体实施方式

本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组包括轮毂、叶片、齿轮箱、至少两变流器、变压器和风力发电机，其中，风力发电机分别与所述至少两变流器的输入端连接，并所述至少两变流器的输出端与所述变压器的输入端连接。

所述风力发电机可以为异步风力发电机或同步风力发电机。

所述风力发电机可以为单绕组风力发电机或多绕组风力发电机。

如所述风力发电机为同步风力发电机，则其可以为永磁同步风力发电机或励磁式同步风力发电机。

所述基于多变流器的风力发电机组还包括控制单元，所述控制单元包括变桨控制模块、变频控制模块和主控模块。

所述变桨控制模块包括变频器、变桨电机和减速器，也可以是机械式的液压控制系统。

所述变频控制模块包括各个变流器内部的控制器。

所述变流器包含直流母排、网侧功率模块和机侧功率模块，每个所述网侧功率模块由独立的网侧控制器控制，而所述至少两个变流器包含的机侧功率控制模块都由同一机侧控制器控制。

而所述变流器包括：通过直流母线连接的发电机侧三相全控PWM变流器和与电网连接的网侧PWM变流器。发电机侧向变流器输入频率幅值不断变化的电压，网侧PWM变流器输出的是固定频率固定幅值的电压。

而所述网侧功率模块和所述机侧功率模块包括开关器件、三相电感、三相电容和三相滤波电容，所述风力发电机通过电缆与Y型连接的滤波电容组相连。

下面以基于两变流器的风力发电机组为例来说明本实用新型：

如图1所示，本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组的一具体实施方式的结构示意图。在此实施例中，采用了并联工作的变流器1和变流器2。并且，本实用新型的该实施例还包括叶片11、轮毂12、齿轮箱13、风力发电机14和变压器15，其中，

所述叶片11与所述轮毂12连接，所述轮毂12与所述齿轮箱13连接；所述齿轮箱13与所述风力发电机14的输入端连接；

所述风力发电机14的定子绕组与所述变流器1的输入端和所述变流器2的输入端连接；

所述变流器1的输出端和所述变流器2的输出端与所述变压器15的输入端；

所述变压器15的输出端与电网连接。

所述风力发电机14可以为低速发电机，并且当所述发电机为直接驱动式的时候，本实用新型所述的风力发电机组可以不包括齿轮箱。

图3是本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组的一具体如图2-1、图2-2所示，分别是本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组的一具体实施方式的接线说明图。在此两实施例中，本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组都采用了并联工作的两变流器。

如图2-1所示，所述风力发电机为双绕组风力发电机，其不同定子绕组分别连接不同的变流器，此时变压器可以使用单绕组变压器，所述变压器为两个变流器的公共连接点，可以在电气上进行有效的隔离，防止多变流器之间形成环流损坏变流器功率器件。

如图2-2所示，所述发电机为单绕组发电机，该单绕组发电机定子绕组与两个变流器连接，该发电机作为两变流器的公共连接点，此时变压器需要使用多绕组变压器，以阻止通过变压器形成环流损坏器件。

实施方式的变流器并联控制示意图，此实施例中，本实用新型所述的基于多变流器的风力发电机组都采用了并联工作的两变流器。

如图3所示，两个变流器分别具有独立的直流母排、独立的网侧功率模块和独立的机侧功率模块，该网侧功率模块分别由各自的网侧控制器独立控制，两个机侧功率模块通过同一个机侧控制器进行控制，两个网侧控制器和该机侧控制器之间相互通讯。

若所述风力发电机为双绕组双出线风力发电机，该风力发电机的两定子绕组分别接到变流器，变流器出线接到单绕组变压器，风机控制器的信号通过CAN总线给到变流器控制板上，变流器控制板经过信号分配将实时计算的脉冲信号分别送给一机侧控制器和两网侧控制器，两网侧控制器接到各自的脉冲信号分别给各自的网侧功率模块，而一机侧控制器给两个网侧功率模块相同的脉冲信号，保证两个机侧功率模块协同工作，电流功率达到很好的平衡。

两个变流器由于有各自不同的直流母排，所以不能保证直流母线电压的绝对相等，因此如果使用相同的触发脉冲的话两个网侧变流器所产生的电压不尽相同，造成网侧功率模块的出力不均衡甚至局部过流烧毁网侧功率模块，所以两个变流器的网侧功率模块使用各自不同的触发脉冲。

两变流器使用各自独立的制动回路，但采用相同的触发信号，这样既能避免局部过流也能保证出现冲击时变流器同时分担冲击电流。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于双变流器的风力发电机组，其特征在于，其包括至少两变流器、风力发电机和变压器，所述风力发电机分别与所述至少两变流器的输入端连接，所述至少两变流器的输出端与所述变压器的输入端连接。

2.如权利要求1所述的基于双变流器的风力发电机组，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括至少两网侧控制器和一机侧控制器；

所述变流器的网侧功率模块分别与一所述网侧控制器连接；

所述至少两变流器都与所述机侧控制器连接。

3.如权利要求1或2所述的基于双变流器的风力发电机组，其特征在于，

当所述风力发电机为多绕组风力发电机时，每一该风力发电机的绕组分别与一所述变流器的输入端连接，所述变压器为单绕组变压器。

4.如权利要求1或2所述的基于双变流器的风力发电机组，其特征在于，

当所述风力发电机为单绕组风力发电机时，所述风力发电机的绕组与该至少两变流器的输入端连接，所述变压器为多绕组变压器。

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