CN204258333U - 一种双馈风力发电系统 - Google Patents

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侯晓冬
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Abstract

本实用新型所提供一种双馈风力发电系统，包括双馈异步发电机、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器及用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置，还包括用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网开关、用于将变流器并入电网的变流器并网开关、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，定子并网开关、变流器并网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：低风速时发电机定子从电网断开，变流器不会因为过电压而烧毁；由于设置变流器并网开关，定子从电网断开后变流器仍然正常工作，变流器不需要重新励磁和跟踪电网频率、相位的时间；同时省去了两次并网之间的等待时间。

Description

一种双馈风力发电系统
技术领域
本实用新型涉及异步模式发电系统领域，具体是指一种低风速状况下变流器不需要脱离电网仍可实时跟踪发电机转子转速进行电流的频率和相位的变流控制运算的双馈风力发电系统。
背景技术
风能，是一种清洁的可再生能源，风力发电是当前我国新能源政策的重点发展方向。可将风能转化为电能的发电技术有多种，如定桨距失速型风力发电机组、变速恒频双馈式风力发电系统机组以及变速恒频全功率直驱式风力发电机组等。
变速恒频风力发电机组可以根据风速的变化最大限度的捕获风能，并且实现与电网的柔性连接，有效地减少对机组和电网的冲击。而变速恒频风力发电技术的双馈控制技术因双馈发电机可以通过转子和定子同时向电网馈电，使得双向励磁变换器的容量仅为发电机容量的一小部分，成本大大降低。采用变速恒频双馈式风力发电机组已经是大型风力发电技术的主流。
但是变速恒频双馈式风力发电系统中变流器的功率器件只能承受一定的电压范围，如果超出所能承受的电压值，将因为过电压而烧毁。当风速减小，导致双馈异步发电机转子转速随之降低时，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。
传统的双馈式发电机组在小风况时，当发电机转子电压降至变流器所能承受的电压时，控制变流器从电网里脱离开来。为了防止发电机组频繁并网动作而损伤机组和变流器，需要等待一段时间后（通常是10分钟）再判断风速的大小，如果风速大小范围适合机组的发电，重新启动风力发电机组，等待发电机转速升至适合并网发电转速时，启动励磁系统，之后并网发电。传统的双馈式发电机组从变流器脱网到重新并网发电这段时间的风能没有得到利用，风资源被浪费。
本实用新型公开了一种双馈风力发电机系统。当风速降低直至发电机转子电压超出变流器所能承受的电压时，变流器继续保持发电状态时的电流频率和相位的运算，一旦风速升高满足发电时即时向电网发电，不需要停机等待过程，也不需要机组重新控制电流频率和相位的运算时间，有效的保证了风能的利用率。
发明内容
本实用新型提供一种双馈风力发电系统，当风速降低直至发电机转子电压高于变流器转子侧变换器所能够承受的电压时，变流器仍可实时跟踪发电机转子转速和电网频率进行电流频率和相位的变流控制运算，而无需进行复杂的工作模式变换。
本实用新型的实用新型目的通过以下方案实现：一种双馈风力发电系统，包括双馈异步发电机、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器及用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置，还包括用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网开关、用于将变流器并入电网的变流器并网开关、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，定子并网开关、变流器并网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，定子并网开关、变流器并网开关均配合设置有开关状态检测装置，定子并网开关和变流器并网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，定子并网开关和变流器并网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，变流器中功率开关元件为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，电网电压检测单元为电压互感器。
进一步地，转子电流采集装置为电流互感器。
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）本实用新型的系统在低风速时断开了发电机定子和电网之间的连接，保证了与发电机转子相连的变流器不会因为过电压而烧毁；
（2）因变流器和电网之间的接触器控制在吸合状态，因此变流器不但与发电机转子相连，同时也与电网相连，这就使得即使发电机定子和电网断开，变流器仍然能够跟踪发电机转子转速和电网电压来进行电流频率和相位的控制；
（3）不会因为小风导致系统停机后与下次并网之间的等待时间，变流器也不需要重新励磁和跟踪电网频率、相位的时间，当风速增加至能够发电时系统能够即时并网向电网输送电能，更高效的利用了风资源。
附图说明
图1 为本实用新型的结构框图。
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所示，本实用新型的一种双馈风力发电系统包括双馈异步发电机M、用于将双馈异步发电机电能并入电网power grid的变流器converter及用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置power source（叶轮），还包括用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网开关K1、用于将变流器并入电网的变流器并网开关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，定子并网开关K1、变流器并网开关K2的控制端与控制器输出端相连。本实施例的转子电流采集装置为电流互感器。
本实施例中，定子并网开关K1、变流器并网开关K2均为交流接触器。定子并网开关K1、变流器并网开关K2均配合设置有开关状态检测装置，定子并网开关K1、变流器并网开关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。定子并网开关和变流器并网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。
变流器中功率元件开关为IGBT，其额定功率为双馈异步发电机额定功率的1/4±20%。
为提高控制精度，控制器内还设有用于检测变流器功率元件开关（IGBT）电压值的电压检测单元以及用于将变流器功率元件开关（IGBT）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，本实施例的电网电压检测单元为电压互感器。电网电压检测单元的采集部件设于定子并网开关K1引至电网的一侧。
上述系统工作原理如下：
双馈式风力发电系统中，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，风速越小，能驱动的发电机转速就越低，变流器转子侧电压也就越高。
这种状态下，本实用新型中的转子电流采集装置将采集到的发电机转子电流发送给控制器，同时控制器检测变流器功率元件开关（IGBT）电压值，当发电机转子电流或者是变流器功率器件开关（IGBT）电压高于设定值时，为了保证变流器不被烧毁，控制定子并网开关K1处于断开状态（定子并网开关K1的状态检测装置确保K1处于断开状态），但是变流器并网开关K2处于闭合状态（变流器并网开关K2的状态检测装置确保K2处于闭合状态），这个时候，变流器的转子侧变换器和发电机转子相连，网侧变换器和电网相连，变流器仍然能够通过发电机转子信号和电网电压信号进行电流的频率和相位的跟踪控制。达到了在小风状况时，变流器不被烧毁同时还能实时进行电流频率和相位的跟踪控制的目的。当风速增大至能够促使发电系统发电时，控制定子并网开关K1吸合，风力发电系统即时发出频率和相位都和电网一致的电量，并输送到电网。实现了风能的有效利用。
    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 (9)

1.一种双馈风力发电系统，包括双馈异步发电机、用于将双馈异步发电机电能并入电网的变流器及用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置，其特征在于：还包括用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网开关、用于将变流器并入电网的变流器并网开关、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，定子并网开关、变流器并网开关的控制端与控制器输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电系统，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所述的一种双馈风力发电系统，其特征在于：定子并网开关、变流器并网开关均配合设置有开关状态检测装置，定子并网开关和变流器并网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所述的一种双馈风力发电系统，其特征在于：定子并网开关和变流器并网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所述的一种双馈风力发电系统，其特征在于：变流器中功率开关元件为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所述的一种双馈风力发电系统，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所述的一种双馈风力发电系统，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7所述的一种双馈风力发电系统，其特征在于：电网电压检测单元为电压互感器。
9.根据权利要求1所述的一种双馈风力发电系统，其特征在于：转子电流采集装置为电流互感器。
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