CN204992615U - 一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统 - Google Patents

Abstract

一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统，包括导体、交流母线、直流母线、网侧变流器、机侧变流器、测量控制系统、变电系统和发电系统。本实用新型根据双馈异步发电机的运行状态，将发电机定子绕组输出的电功率并入交流母线，各发电机组网侧变流器与机侧流器之间的直流母线经导体连接，转子绕组经机侧变流器与直流母线及导体交换功率。所有机侧变流器交换的功率经导体汇总后，在测控系统的控制下经电网侧变流器与交流母线交换功率。由于大部分的转子转差功率直接经导体交换，而不经过网侧变流器及交流母线，可减少交直流的转换环节，减少对电网的谐波注入，提高电能质量，可充分利用系统中双馈异步发电机的时空互补性，提高电网运行的稳定性。

Description

一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统

技术领域

本实用新型涉及双馈异步发电系统，尤其涉及一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统。

背景技术

随着当前能源的紧张，风能、太阳能、潮汐能及波浪能等多种新能源的开发得到了越来越多的重视，在这些新能源的开发中广泛地使用了双馈异步发电机。为了提高由风能、潮汐能及波浪能等驱动的原动机的能源转化效率，原动机的转速会在某个范围内变化，由其驱动的双馈异步发电机的转速随之变化，其电功率的频率亦变化，需经变流器才能并入电网，导致其输出的电功率不稳定，谐波含量高，由于这些能源具有不稳定性、随机性的特点，使得其所发出的电能质量低，并入电网后对电网的影响较大，有时甚至要放弃这些能源，造成了较大的浪费。由于电网接纳能力不足和新能源不稳定等自身特点导致的部分发电机暂停，限电导致电场运行经济性下降，限电的主要原因是并网难题，新能源出力不稳定，要其他电源为其提供调峰服务，需建设抽水蓄能、燃气发电等调峰、调频电源，在调峰容量紧缺时，限电特别严重，优化规划电源结构和电网布局，扩大电能消纳市场，还需要通过科技创新，推动电能生产和消费的协调。

现有的双馈异步发电系统中，每台双馈异步发电机组均配备一个机侧变流器、一个网侧变流器构成背靠背的变流器。当发电厂中有多台双馈异步发电机同时运行时，由于每台双馈异步发电机的转速会根据其运行工况调整，有的高于同步转速，有的低于同步转速，使得发电厂内的交流母线与网侧变流器之间有大量的功率交换，电功率经过多次的交流、直流变流，增加了损耗，降低了系统的稳定性；同时，由于每台发电机组配备一台电网侧变流器，导致变流器的利用率降低；另外，变流器与电网之间频繁地交换功率，给电网注入大量的谐波，降低发电厂输出的电能质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统，减少对电网的谐波注入，降低发电设备输出电能对电网的影响，提高发电厂电能质量，提高电网运行的稳定性。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统，包括导体、交流母线、直流母线、网侧变流器、机侧变流器、测量控制系统、变电系统和发电系统，

所述发电系统包括多台双馈异步发电机、驱动各双馈异步发电机运转的原动机及其传动系统、转速控制系统及油气水电辅助系统；所述双馈异步发电机的定子绕组与交流母线连接，转子绕组通过机侧变流器与直流母线连接，各直流母线经导体连接起来，原网侧变流器统一地对各机侧变流器交换后的功率与交流母线进行交换；所述传动系统用于联接原动机及双馈异步发电机，实现动力的传递及可能存在的转速变换；所述转速控制系统用于控制原动机的转速，根据双馈异步发电机组的运行工况调整原动机的转速，实现能量的高效转换或限制功率输入使整个系统处于安全的工作区间；所述油气水电辅助系统为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、除冰等工作环境；

所述机侧变流器联接双馈异步发电机的转子绕组与直流母线，并根据双馈异步发电机的转速，实现直流母线与双馈异步发电机的转子绕组的双向功率交换，机侧变流器之间的功率交换通过连接各变流器直流母线的导体进行，当双馈异步发电机的转速大于其同步转速时，向直流母线输出电功率，当双馈异步发电机的转速小于等于其同步转速时，从直流母线吸收电功率；

所述网侧变流器连接交流母线、直流母线，实现交流母线及直流母线间的功率双向交换，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率大于总输入的电功率时，网侧变流器从直流母线向交流母线输出电功率，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率小于总输入的电功率时，网侧变流器从交流母线向直流母线输出电功率；

所述交流母线输出的交流电经过变压器升压后直接输出交流和/或者经过变压器升压后再连接直流换流器输出直流；

所述测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，控制原动机、发电机的转速，进而控制各变流器的运行，监控整个系统的安全稳定运行。

进一步地，所述原动机包括风力机、汽轮机、水轮机。

本实用新型利用导体将原双馈异步发电机组机侧变流器与网侧流器之间的直流母线联接起来，使每台双馈异步发电机转子绕组分别与一台机侧变流器相连，各机侧变流器输入输出的功率经导体汇集后，再统一由网侧变流器与交流母线交换功率。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型控制(或者运行)简单，易于实现。

本实用新型根据双馈异步发电机的运行状态，将发动机定子绕组(线圈)输出的电功率并入交流母线，而转子绕组经机侧变流器的直流母线连接导体，并通过变流器交换功率。所有机侧变流器经导体汇总后，在测控系统的控制下经电网侧变流器与交流母线交换功率。由于大部分的转子转差功率直接经导体交换，而不经过网侧变流器及交流母线，可减少交直流的转换环节，减少对电网的谐波注入，提高电能质量。

如上所述，本系统技术手段简便易行，可充分利用系统中双馈异步发电机的时空互补性，降低对电网的影响，提高电网运行的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构方框图及控制(或运行)示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

如图1所示，一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统，包括导体、交流母线、直流母线、网侧变流器、机侧变流器、测量控制系统、变电系统和发电系统。

所述发电系统包括多台双馈异步发电机、驱动各双馈异步发电机运转的原动机及其传动系统、转速控制系统及油气水电辅助系统；所述双馈异步发电机的定子绕组与交流母线连接，转子绕组通过机侧变流器与直流母线连接，各直流母线经导体连接起来，原网侧变流器统一地对各机侧变流器交换后的功率与交流母线进行交换；所述原动机包括风力机、汽轮机、水轮机等能量转换设备；所述传动系统用于联接原动机及双馈异步发电机，实现动力的传递及可能存在的转速变换。转速控制系统用于控制原动机的转速，根据双馈异步发电机组的运行工况调整原动机的转速，实现能量的高效转换或限制功率输入使整个系统处于安全的工作区间；所述油气水电辅助系统为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、除冰等工作环境。

机侧变流器联接双馈异步发电机的转子绕组与直流母线，并根据双馈异步发电机的转速，实现直流母线与双馈异步发电机的转子绕组的双向功率交换，机侧变流器之间的功率交换通过连接各变流器直流母线的导体进行，当双馈异步发电机的转速大于其同步转速时，向直流母线输出电功率，当双馈异步发电机的转速小于等于其同步转速时，从直流母线吸收电功率。

所述网侧变流器连接交流母线、直流母线，实现交流母线及直流母线间的功率双向交换，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率大于总输入的电功率时，网侧变流器从直流母线向交流母线输出电功率，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率小于总输入的电功率时，网侧变流器从交流母线向直流母线输出电功率；

所述交流母线输出的交流电经过变压器升压后直接输出交流和/或者经过变压器升压后再连接直流换流器输出直流。

所述测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，控制原动机、发电机的转速，进而控制各变流器的运行，监控整个系统的安全稳定运行。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型中的双馈异步发电机同样适用于无刷双馈发电机，此时定子线圈对应于无刷双馈发电机的功率绕组，转子线圈对应于无刷双馈发电机的控制绕组。

本实用新型也适用于全功率变流的同步发电系统。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统，其特征在于：包括导体、交流母线、直流母线、网侧变流器、机侧变流器、测量控制系统、变电系统和发电系统，

所述发电系统包括多台双馈异步发电机、驱动各双馈异步发电机运转的原动机及其传动系统、转速控制系统及油气水电辅助系统；所述双馈异步发电机的定子绕组与交流母线连接，转子绕组通过机侧变流器与直流母线连接，各直流母线经导体连接起来，原网侧变流器统一地对各机侧变流器交换后的功率与交流母线进行交换；所述传动系统用于联接原动机及双馈异步发电机，实现动力的传递及可能存在的转速变换；所述转速控制系统用于控制原动机的转速，根据双馈异步发电机组的运行工况调整原动机的转速，实现能量的高效转换或限制功率输入使整个系统处于安全的工作区间；所述油气水电辅助系统为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、除冰工作环境；

所述机侧变流器联接双馈异步发电机的转子绕组与直流母线，并根据双馈异步发电机的转速，实现直流母线与双馈异步发电机的转子绕组的双向功率交换，机侧变流器之间的功率交换通过连接各变流器直流母线的导体进行，当双馈异步发电机的转速大于其同步转速时，向直流母线输出电功率，当双馈异步发电机的转速小于等于其同步转速时，从直流母线吸收电功率；

所述网侧变流器连接交流母线、直流母线，实现交流母线及直流母线间的功率双向交换，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率大于总输入的电功率时，网侧变流器从直流母线向交流母线输出电功率，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率小于总输入的电功率时，网侧变流器从交流母线向直流母线输出电功率；

所述交流母线输出的交流电经过变压器升压后直接输出交流和/或者经过变压器升压后再连接直流换流器输出直流；

所述测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，控制原动机、发电机的转速，进而控制各变流器的运行，监控整个系统的安全稳定运行。

2.根据权利要求1所述的一种变流器集散化改造的双馈异步发电系统，其特征在于:所述原动机包括风力机、汽轮机、水轮机。