CN204216592U - 一种异步发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所提供一种异步发电系统，包括双馈异步发电机、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器以及用于将双馈异步发电机定子并入电网的并网开关，其特征在于：还包括用于将定子线圈三相之间短接的定子短路开关、用于采集转子电流的转子电流采集装置以及控制器，转子电流采集装置与控制器输入端相连，并网开关、定子短路开关的控制端与控制器输出端相连。本实用新型的有益效果：当外界动力源的能量不足时，虽然发电机发出相比电网频率更低的电流，但是通过转换后的全功率变流器对电流的的整流和逆变技术，使得当外界动力源的能量不足时，系统仍能够有效利用这些动力源继续发电。
Description
技术领域
本实用新型涉及异步模式发电系统领域，具体是指一种工作模式可从双馈式发电向鼠笼式发电转换的异步发电系统。
背景技术
无论是传统的火力发电、水力发电，还是当前大力推广的新能源发电，都希望能够对能源利用的最大化。相比传统鼠笼异步发电系统，更高效的双馈异步发电系统随之孕育而生。双馈异步发电系统优点就在于能够变速运行，当动力源不足而无法带动发电机高速运行时，仍然能够在发电机处于低速状态下，通过双馈变流技术，将低频电量转换成可以并入电网的50Hz电量。
虽然双馈异步发电系统能够变速运行，但是系统中变流器的功率器件（通常是IGBT）却只能承受一定的电压范围，如果超出所能承受的电压值，将被迅速击穿而损坏。当动力源（水力、燃料等）不足，导致双馈异步发电机转子转速随之降低，因为滑差增大而导致发电机转子电压也越来越大，与发电机定子相连的变流器将可能超出其耐压值。
这种状况下，传统的方式是跟踪滑差，算出加在变流器上的发电机转子电压值，当电压值上升达到变流器的限定值时，迅速将双馈异步发电系统切出电网。这个时候，系统停止发电，动力源将不再被利用。直至动力源能量增加，驱动发电机承载足够的转速时，才重新并入电网发电。动力源的利用率被降低。
本实用新型公开了一种异步模式发电系统的构成，包括动力源（水力、火力等）驱动装置、双馈异步发电机、变流器、并网开关、定子短路开关以及控制器。当动力源能量不足时，通过对发电机定子与并网开关之间的定子短路开关的控制， 使得双馈异步发电机定子线圈短路，同时将双馈异步发电机转子当作定子，通过变流器的整流、逆变技术，向电网供电。双馈异步发电系统等效转换成鼠笼型异步模式发电系统，有效的保证了能源的利用率。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，当动力源能量减小时，如火力发电系统燃料不足或者是水力发电系统水力不足时，发电系统不需要停止运行，仍能够利用不足的动力源进行发电。
本实用新型的实用新型目的通过以下方案实现：一种异步发电系统，包括双馈异步发电机、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器以及用于将双馈异步发电机定子并入电网的并网开关，其特征在于：还包括用于将定子线圈三相之间短接的定子短路开关、用于采集转子电流的转子电流采集装置以及控制器，转子电流采集装置与控制器输入端相连，并网开关、定子短路开关的控制端与控制器输出端相连。
进一步地，并网开关、定子短路开关均为交流接触器。
进一步地，并网开关、定子短路开关均配合设置有开关状态检测装置，并网开关和定子短路开关各自的开关状态检测装置与控制器输入端相连。
进一步地，并网开关和定子短路开关的开关状态检测装置为电流型检测装置或电压型检测装置。
进一步地，变流器中开关元件为IGBT，其额定功率为双馈异步发电机额定功率的1/4±20%。
进一步地，控制器内还设有用于检测变流器开关元件电压值的电压检测单元以及用于将变流器开关元件电压值与预设值进行比较的比较单元。
进一步地，控制器内还设有电网电压检测单元，电网电压检测单元的采集部件设于并网开关引至电网的一侧。
进一步地，动力源驱动装置为火力发电型驱动装置或水利发电型驱动装置。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）本实用新型所述的异步模式发电系统，其中的变流器环节，由原来双向可逆的双馈变流方式转换为整流后逆变这种单向不可逆的全功率变流，即“交流→直流→交流”变流方式。相比现有复杂的双向可逆电流变换技术，单向不可逆的全功率变流不但算法上简单易实现，技术的实现及安全性更为可靠；
（2）本实用新型所述的异步模式发电系统涉及的发电机，完全由双馈发电机转换成了鼠笼式异步发电机，相比双馈发电机定子和转子同时向电网馈电转换为鼠笼异步发电机定子直接把电量输送到电网，技术实现简单也更为安全可靠；
（3）虽然现有的双馈发电系统可以使发电机在一定速度范围内发电，对外界动力源（水力、火力等能源）有较好的利用率，但是当外界动力源的能量进一步降低时，双馈发电系统因双馈变流器本身的限制不得不停止发电运行。
而本实用新型所述的异步模式发电系统则巧妙地解决了这个问题，当外界动力源的能量不足时，虽然发电机发出相比电网频率更低的电流，但是通过转换后的全功率变流器对电流的的整流和逆变技术，使得当外界动力源的能量不足时，系统仍能够有效利用这些动力源继续发电。
附图说明
图1 为本实用新型双馈发电工作状态的结构框图。
图2为本实用新型等效于鼠笼发电模式的主体结构框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明：
参照附图1和图2所示，本实用新型的一种异步发电系统，包括双馈异步发电机M、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置power source、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器conveter以及用于将双馈异步发电机定子并入电网的并网开关K1，还包括用于将定子线圈三相之间短接的定子短路开关K2、用于采集转子电流的转子电流采集装置以及控制器，转子电流采集装置与控制器输入端相连，并网开关K1、定子短路开关K2的控制端与控制器输出端相连。
本实施例中，并网开关K1、定子短路开关K2均为常开式交流断路器。并网开关K1、定子短路开关K2均配合设置有开关状态检测装置，并网开关K1和定子短路开关K2各自的开关状态检测装置与控制器输入端相连，以确保开关有效闭合或断开，也可以对变流器工作状态切换动作进行延时控制，例如延时3s再控制变流器进行模式切换。并网开关和定子短路开关的开关状态检测装置为电流型检测装置或电压型检测装置，例如交流互感器等，根据检测到的电流或电压确定开关状态。
变流器converter中开关元件为IGBT，其额定功率为双馈异步发电机M额定功率的1/4±20%。
为提高控制精度，控制器内还设有用于检测变流器开关元件电压值的电压检测单元以及用于将变流器开关元件电压值与预设值进行比较的比较单元。控制器内还设有电网电压Up检测单元，电网电压检测单元的采集部件设于并网开关K1引至电网的一侧。本实用新型可应用多种发电系统，动力源驱动装置可以是火力发电型驱动装置或水利发电型驱动装置等。
上述系统工作原理如下：
双馈模式下，变流器与发电机转子相连，变流器转子侧电压换算公式为：
由换算公式可知，当发电机开路电压U0和同步转速一定的情况下，变流器转子侧电压
与发电机当前转速成反比，也就是说，动力源能量越小，能驱动的发电机转速就越低，变流器转子侧电压也就越高，当电压高出变流器功率元器件（IGBT）所能承受的电压时，双馈模式只能停止继续发电状态，并网开关断开，双馈发电系统脱离电网。
这种状态下，本实用新型鼠笼异步发电系统中的控制器对动力源驱动装置的驱动力矩进行判断，同时完成定子短路开关的闭合控制，实现发电机定子线圈的短接，并且控制器同时向变流器传送鼠笼异步发电模式转换指令。变流器接收到指令后，变流器执行全功率变流运算，先是对实时变化的、低频率的电量进行整流控制，经过整流控制即“交流（频率变化）→直流”的变流控制后，模式变换后鼠笼异步发电机发出的电压时变的交流电变换成电压恒定的直流电，最后，变流器对电压恒定的直流电执行逆变控制即“直流→交流（频率为恒定50Hz）”变换控制，同时相位与电网一致的电量，并输送到电网。实现了动力源不足时的并网发电。
虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本领域普通技术人员应当了解，可以不限于上述实施例的描述，在权利要求书的范围内，可作出形式和细节上的各种变化。
Claims (8)
1.一种异步发电系统，包括双馈异步发电机、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器以及用于将双馈异步发电机定子并入电网的并网开关，其特征在于：还包括用于将定子线圈三相之间短接的定子短路开关、用于采集转子电流的转子电流采集装置以及控制器，转子电流采集装置与控制器输入端相连，并网开关、定子短路开关的控制端与控制器输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种异步发电系统，其特征在于：并网开关、定子短路开关均为交流接触器。
3.根据权利要求1所述的一种异步发电系统，其特征在于：并网开关、定子短路开关均配合设置有开关状态检测装置，并网开关和定子短路开关各自的开关状态检测装置与控制器输入端相连。
4.根据权利要求3所述的一种异步发电系统，其特征在于：并网开关和定子短路开关的开关状态检测装置为电流型检测装置或电压型检测装置。
5.根据权利要求1所述的一种异步发电系统，其特征在于：变流器中开关元件为IGBT，其额定功率为双馈异步发电机额定功率的1/4±20%。
6.根据权利要求1所述的一种异步发电系统，其特征在于：控制器内还设有用于检测变流器开关元件电压值的电压检测单元以及用于将变流器开关元件电压值与预设值进行比较的比较单元。
7.根据权利要求1所述的一种异步发电系统，其特征在于：控制器内还设有电网电压检测单元，电网电压检测单元的采集部件设于并网开关引至电网的一侧。
8.根据权利要求1所述的一种异步发电系统，其特征在于：动力源驱动装置为火力发电型驱动装置或水利发电型驱动装置。
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|---|---|---|---|
| CN201420757698.7U CN204216592U (zh) | 2014-12-04 | 2014-12-04 | 一种异步发电系统 |
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| CN201420757698.7U CN204216592U (zh) | 2014-12-04 | 2014-12-04 | 一种异步发电系统 |
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| CN204216592U true CN204216592U (zh) | 2015-03-18 |
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| CN201420757698.7U Active CN204216592U (zh) | 2014-12-04 | 2014-12-04 | 一种异步发电系统 |
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| CN (1) | CN204216592U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106150900A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-23 | 华仪风能有限公司 | 双馈‑异步风力发电系统及其运行方法 |
| CN107437819A (zh) * | 2017-08-08 | 2017-12-05 | 王飞 | 一种电力扩大发电系统 |
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2014
- 2014-12-04 CN CN201420757698.7U patent/CN204216592U/zh active Active
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