CN205335860U - 风力发电机组及其微网供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供了一种风力发电机组及其微网供电装置，所述装置包括：依次连接的整流单元、直流母线和逆变单元；在风力发电机组未并网时，所述整流单元的交流侧与风力发电机的输出端连接，所述逆变单元的交流侧与风力发电机组的负载连接。本实施例在风力发电机组未并网时，将微网供电装置投切至风力发电机与风力发电机组的负载之间，通过来自风力发电机的较小的转速产生的电能以为负载供电，既保障了负载的长时间的正常运行，又节省了能源。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组及其微网供电装置。
背景技术
风力发电机组内一般会带有小功率负载(诸如环控、偏航、变桨等系统以及消防、航灯、照明等基础设备)，这些负载通常借助自身的风力发电机输送给电网的电能工作。
在很多情况下，电网无法正常供电(例如，电网故障无法输送电能，或者，风力发电机组周围的风速较小，发电机的转速较小或不转，无法达到供电要求)，但此时，为了保障风力发电机组的运行安全，这些小功率负载依然需要正常工作。
为了解决上述问题，现有技术中通常会采用设置大功率电源的方式为负载供电，但这种方式持续时间较短，无法满足长时间供电的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种风力发电机组及其微网供电装置，在风力发电机组未并网时，长时间为风力发电机组内的负载供电。
根据本实用新型的一方面，提供了一种风力发电机组的微网供电装置，所述装置包括：依次连接的整流单元、直流母线和逆变单元；在风力发电机组未并网时，所述整流单元的交流侧与风力发电机的输出端连接，所述逆变单元的交流侧与所述风力发电机组的负载连接。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，还包括储能单元，所述储能单元连接所述直流母线。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，所述整流单元的交流侧与所述风力发电机的输出端之间设置有第一开关，所述逆变单元的交流侧与所述负载之间设置有第二开关；在风力发电机组未并网时，所述第一开关及所述第二开关闭合。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，还包括：用于在风力发电机组未并网时控制所述第一开关及所述第二开关闭合的控制器，所述控制器与所述第一开关及所述第二开关连接。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，所述风力发电机为多绕组发电机；所述整流单元包括与所述风力发电机的绕组个数相同的整流器；在所述风力发电机组未并网时，各所述整流器的输入端分别与所述风力发电机的一个绕组连接，各所述整流器的输出端相互并联或串联后连接至所述直流母线。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，所述第一开关包括多个分别设置在所述各整流器与所述风力发电机的各绕组之间的开关装置。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，还包括至少一个直流电源和/或交流电源；所述直流电源通过DC-DC转换器连接在所述直流母线上，或通过DC-AC转换器连接在所述整流单元的输入端或所述逆变单元的输出端；所述交流电源通过AC-DC转换器连接在所述直流母线上，或直接连接在所述整流单元的输入端或所述逆变单元的输出端。
如上所述的风力发电机组的微网供电装置，所述直流电源包括光伏发电机，所述交流电源包括燃料发电机和/或风力发电机。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种风力发电机组，包括：依次连接的风力发电机和如上任一项所述的风力发电机组的微网供电装置。
本实用新型实施例提供的风力发电机组及其微网供电装置，在风力发电机组未并网时，将微网供电装置投切至风力发电机与风力发电机组的负载之间，通过来自风力发电机的较小的转速产生的电能以为风电机组上的负载供电，既保障了负载的长时间的正常运行，又节省了能源。
附图说明
图1为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置的一个实施例的应用场景图；
图2为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置的另一个实施例的应用场景图；
图3为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置中整流单元的一个实施例的应用场景图；
图4为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置中整流单元的另一个实施例的应用场景图；
图5为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置中第二开关与负载连接处的一个实施例的结构示意图；
图6为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置的又一个实施例的应用场景图。
附图标号说明：1-风力发电机；2-整流单元；3-直流母线；4-逆变单元；5-储能单元；6-负载；7-第一开关；8-第二开关；9-直流电源；10-交流电源；11-发电机开关柜；12-低压侧开关；13-配电变压器。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实用新型的示例性实施例。
实施例一
如图1所示，其为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置的一个实施例的应用场景图，图中的虚线框中的部分代表微网供电装置，该装置包括：依次连接的整流单元2、直流母线3和逆变单元4；在风力发电机组未并网时，整流单元2的交流侧与风力发电机1的输出端连接，逆变单元4的交流侧与风力发电机组的负载6连接。
由于天气变化的无规律性，风力发电机组周围的风速有时候会很小，这时，风力发电机1的转速较小(如风力发电机1额定转速的20％-30％)，其输出功率无法达到并网发电的要求，从而无法通过并网电压为风力发电机组的负载6供电。在本实施例中，为了给风力发电机组内的机械、电子、电气元件提供良好的环境条件，并提供其他必要的安全措施，该负载6包括但不限于环控系统(湿度、温度、盐雾)、消防、航空灯、航海灯、塔架照明、偏航及润滑、变桨和UPS等设备；在非并网时，需要对风力发电机组内所有部件在不并网发电情况下完成通电调试，因此，该负载6还包括但不限于变流系统、主控系统、水冷系统、机舱及柜体、海上特殊系统等。
在风力发电机组未并网时，将微网供电装置投切至风力发电机1与负载6之间。首先，利用整流单元2对风力发电机1的较小的转速产生的电能进行整流，将不稳定的带有大量谐波的交流电转化为直流电；然后，通过直流母线3，将直流电输送给逆变单元4，逆变单元4将直流电转化为稳定可用的交流电，以为负载6供电。在本实施例中，为负载6供电的交流电可以为50Hz或60Hz，电压等级可根据不同国家和地区对负载6电压的要求来确定。
进一步的，在上述的微网供电装置中，还包括储能单元5，该储能单元5连接直流母线3。在风力发电机组未并网时，该风力发电机组的微网供电装置被投切至风力发电机1与风力发电机组的负载6之间。具体地，储能单元5可设置在整流单元2的交流侧、整流单元2的直流侧或逆变单元4的交流侧，但需要通过连接不同的电流转换器以适应交直流的转换。例如，可将储能单元5设置在整流单元2的交流侧或逆变单元4的交流侧时，可通过DC-AC转换器进行直流与交流的转化；将储能单元5设置在整流单元2的直流侧，可通过DC-DC转换器进行直流与直流的转化。在本实施例中，储能单元5会储存来自风力发电机1的小转速产生的电能，并与风力发电机1一起为负载6供电，当风速很小或台风天气时，风力发电机1的转速为零时，储能单元5可单独为负载6供电，以保证负载6能够长时间的正常工作。
本实用新型实施例提供的风力发电机组的微网供电装置，在风力发电机组未并网时，被投切至风力发电机与风力发电机组的负载之间，并可进一步通过储能单元，储存来自风力发电机的较小的转速产生的电能以为负载供电，既保障了负载的长时间的正常运行，又节省了能源。
实施例二
图2为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置的另一个实施例的应用场景图，其可视为图1的一种具体实现方式，如图2所示，微网供电装置包括：依次连接的整流单元2、直流母线3和逆变单元4；在风力发电机组未并网时，整流单元2的交流侧与风力发电机1的输出端连接，逆变单元4的交流侧与风力发电机组的负载6连接，在上述微网供电装中还包括连接直流母线3的储能单元5。
在本实施例中，为了避免由于某一时刻风速过大，风力发电机1的输出功率瞬间增大，威胁负载6的安全运行，可预先将风力发电机组叶片的迎风角度调整到一个小角度，使风力发电机1能在较低的转速下运行(一般情况下低于风力发电机的最低并网转速)，同时这一措施也保证了微网供电装置的安全运行。
进一步地，整流单元2的交流侧与风力发电机1的输出端之间设置有第一开关7，以实现微网供电装置和风力发电机1之间的投切。通常情况下，风力发电机1会通过发电机开关柜11与并网发电主回路中的变流器(图中未示出)连接，在风力发电机1的转速较小时，为了避免变流器消耗能量，可断开发电机开关柜11，使变流器与发电机绕组断开，此时闭合第一开关7，风力发电机1的能量可最大限度的输出至微网供电装置。在风力发电机1的转速过低或不转时，风力发电机1反而成了储能单元5的负载6，此时，可断开第一开关7，以防止风力发电机1消耗电能。
如图3所示，其为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置中整流单元2的一个实施例的应用场景图，其中，风力发电机1为多绕组发电机，为了防止绕组空载损耗，整流单元2可包括与发电机绕组个数相同的整流器，在风力发电机组未并网时，各整流器的输入端分别与一个发电机绕组连接，各整流器的输出端相互并联后连接至直流母线3。优选地，第一开关7为多个分别设置在各整流器与风力发电机1之间的开关装置，以实现各整流器与各发电机绕组之间的投切，在某一个发电机绕组或整流器出现故障时，可断开相应的开关装置，便于运维人员的维修操作。
在利用微网供电装置对负载6进行供电时，可对负载6整体的参数进行估算，如负载6正常运行的额定电压、额定电流或额定功率，并根据估算的结果判断当前各发电机绕组的输出电压或输出电流是否满足负载6正常运行的要求。例如，负载6所需的正常运行的额定电压为600V、额定电流为20A，当前各发电机绕组的输出电压均可达到600V，但输出电流不足，可采用图中所示的各整流器的输出端相互并联的方式，提升输出电流，达到负载6正常运行的电流要求。
如图4所示，其为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置中整流单元2的另一个实施例的应用场景图。本实施例中的整流单元2与风力发电机1的连接方式以及第一开关7的设置位置和图3中的相同，不同之处在于，整流单元2的各整流器的输出端相互串联后连接至直流母线3。
按照上述的估算方法，对负载6整体的参数进行估算后，如果估算的结果显示当前各发电机绕组的输出电流满足负载6正常运行的要求(如输出电流可达到为20A)，而输出电压不足时(如输出电压为200V)，采用本实施例中示出的各整流器的输出端相互串联的方式，可提升输出电压，达到负载6正常运行的电压要求。
进一步地，逆变单元4与负载6之间设置有第二开关8，以实现微网供电装置和负载6之间的投切。如图5所示，其为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置中第二开关8与负载6连接处的一个实施例的结构示意图。在电网上电时，电网会通过配电变压器13将高电压转化为低电压后，以对负载6供电，此时配电变压器13与负载6之间的低压侧开关12闭合，且第二开关8断开；在电网未上电时，供电回路对负载6进行供电，第二开关8闭合，此时配电变压器13空载，可断开配电变压器13与负载6之间的低压侧开关12，以防止配电变压器13的空载损耗。
可选地，上述风力发电机组的微网供电中，还可包括：用于在风力发电机组未并网时控制第一开关7及第二开关8闭合的控制器，该控制器与第一开关7及第二开关8连接。
进一步的，如图2所示，在上述微网供电装置中还包括至少一个直流电源和/或交流电源，以为负载6提供电能，进一步保证了负载6长时间的正常工作。其中，直流电源9为输出直流电的电源，例如光伏发电机；交流电源10为输出交流电的电源，例如，燃料发电机和/或风力发电机等。
直流电源9可通过DC-DC转换器连接在直流母线3上，将不稳定的直流电转化为稳定可用的直流电，输送给供电回路；交流电源10可通过AC-DC转换器连接在直流母线3上，将不稳定的交流电转化为稳定可用的直流电，输送给供电回路。
如图6所示，为示出本实用新型提供的风力发电机组的微网供电装置的又一个实施例的应用场景图，其可视为图1的另一种具体实现方式，本实施例与图2的实现方式相似，不同之处在于，直流电源和/或交流电源在微网供电装置中的连接位置不同。
其中，直流电源9可通过DC-AC转换器连接在整流单元2的输入端或逆变单元4的输出端，将不稳定的直流电转化为稳定可用的交流电；交流电源10还可直接连接在逆变单元4的输出端，为负载6供电。
在本实施例中，为了节省空间，微网供电装置中的第一开关7、第二开关8、整流单元2、逆变单元4和储能单元5均可设置在塔筒平台上，并根据其体积重量的实际情况，集中或分散设置；微网供电装置中直流电源和/或交流电源为备用电源，可根据其实际情况设置在塔筒内外，例如，可将光伏发电机设置在机舱顶部。
本实用新型实施例提供的风力发电机组的微网供电装置，在图1的基础上，增加了第一开关和第二开关，避免了变流器和配电变压器的能量损耗，节省了能源；同时细化示出了各整流器的输出端相互并联或串联的连接方式，提高了输出电流或输出电压，提升了供电可靠性；同时，还设置直流电源和/或交流电源，进一步保证了负载长时间的正常运行。
实施例三
本实用新型还提供了一种风力发电机组，包括：依次连接的风力发电机1和如上图1至图6中任一所示的风力发电机组的微网供电装置。
在本实施例中，微网供电装置可适用于直驱永磁风力发电机组和带变速装置的高速永磁风力发电机组，也适用于电励磁的直驱风力发电机组和带变速装置的高速电励磁风力发电机组，当微网供电装置应用于电励磁风力发电机组时，风力发电机组的负载还可包括发电机的励磁系统。
本实用新型实施例提供的风力发电机组，通过在风电整机中设置微网供电装置，保证了风力发电机组的负载长时间的正常运行，改善了风力发电机组内部件的生存环境，使风力发电机组在遇到极端恶劣的环境下，仍可以正常运行，提高了风力发电机组的可靠性和安全性，这对偏远山区和海上风电场的应用具有更大的意义；同时有效的利用了风力发电机的低转速的能量，节省了能源。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，所述装置包括：依次连接的整流单元(2)、直流母线(3)和逆变单元(4)；在风力发电机组未并网时，所述整流单元(2)的交流侧与风力发电机(1)的输出端连接，所述逆变单元(4)的交流侧与所述风力发电机组的负载(6)连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，还包括储能单元(5)，所述储能单元(5)连接所述直流母线(3)。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，所述整流单元(2)的交流侧与所述风力发电机(1)的输出端之间设置有第一开关(7)，所述逆变单元(4)的交流侧与所述负载(6)之间设置有第二开关(8)；在风力发电机组未并网时，所述第一开关(7)及所述第二开关(8)闭合。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，还包括：用于在风力发电机组未并网时控制所述第一开关(7)及所述第二开关(8)闭合的控制器，所述控制器与所述第一开关(7)及所述第二开关(8)连接。
5.根据权利要求3所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，所述风力发电机(1)为多绕组发电机；所述整流单元(2)包括与所述风力发电机(1)的绕组个数相同的整流器；在所述风力发电机组未并网时，各所述整流器的输入端分别与所述风力发电机(1)的一个绕组连接，各所述整流器的输出端相互并联或串联后连接至所述直流母线(3)。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，所述第一开关(7)包括多个分别设置在所述各整流器与所述风力发电机(1)的各绕组之间的开关装置。
7.根据权利要求6所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，还包括至少一个直流电源和/或交流电源；
所述直流电源(9)通过DC-DC转换器连接在所述直流母线(3)上，或通过DC-AC转换器连接在所述整流单元(2)的输入端或所述逆变单元(4)的输出端；
所述交流电源(10)通过AC-DC转换器连接在所述直流母线(3)上，或直接连接在所述整流单元(2)的输入端或所述逆变单元(4)的输出端。
8.根据权利要求7所述的风力发电机组的微网供电装置，其特征在于，所述直流电源(9)包括光伏发电机，所述交流电源(10)包括燃料发电机和/或风力发电机。
9.一种风力发电机组，其特征在于，包括：依次连接的风力发电机(1)和如权利要求1-8任一项所述的风力发电机组的微网供电装置。
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| CN106356969A (zh) * | 2016-09-12 | 2017-01-25 | 滁州安瑞电力自动化有限公司 | 风力发电控制系统 |
| CN107645203A (zh) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 阿里巴巴集团控股有限公司 | 储能变频器系统 |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |