CN206555072U - 风力发电系统 - Google Patents

Abstract

风力发电系统，该系统用于连接电网，包括风轮；双馈感应电机，连接风轮用于将机械能转化为电能；第一通路，连接双馈感应电机和电网，所述第一通路上设置有并网开关，所述第一通路上设置有箱式变压器和连接箱式变压器的升压站；第二通路，连接电网和双馈感应电机，并从电网中取电以控制双馈感应电机的转速；功率检测装置，连接双馈感应电机的输出端，用于检测双馈感应机的功率变换情况，当功率的变换频率的幅度过大时，所述功率检测装置控制所述并网开关断开，通过各方面的采集与控制从而防止风力发电并电网中的电能质量更为稳定。

Description

风力发电系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及风力发电系统。

背景技术

随着去全球能源需求的持续增长，使得可再生能源备受关注，人们不约而同的将目光集中在风力发电上。

风能作为一种情结的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，其。其蕴量巨大，全球的风能越为2.74*10^9MW，其中可利用的风能为2*10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）

风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同），铁塔主要起支撑作用，用于支撑风轮和尾舵和发电机，发电机用于把机械能转换为电能。

但是，在风力发电系统中会并到电网中，借助电网来传输电能，而注入电网的功率会随风速（风速会改变风轮的转速）波动，从而对电网造成扰动，现有的做法是采用静止无功补偿器来解决这一问题，但是静态无功补偿也仅仅是降低风电功率波动对电网电压的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风力发电系统，在现有的基础上，通过各方面的采集与控制从而防止风力发电并电网中的电能质量更为稳定。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

风力发电系统，该系统用于连接电网，包括

风轮，

双馈感应电机，连接风轮用于将机械能转化为电能；

第一通路，连接双馈感应电机和电网，所述第一通路上设置有并网开关，所述第一通路上设置有箱式变压器和连接箱式变压器的升压站；

第二通路，连接电网和双馈感应电机，并从电网中取电以控制双馈感应电机的转速；

功率检测装置，连接双馈感应电机的输出端，用于检测双馈感应机的功率变换情况，当功率的变换频率的幅度过大时，所述功率检测装置控制所述并网开关断开。

通过采用上述技术方案，风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，通过双馈感应电机将机械能转换为电能，并通过第一通路将电并到电网中，第二通路的设置用于从电网中取电以供双馈感应电机自身工作，由于外界的风速不是一成不变的，时大时小，从而导致风轮的转动也时快时慢，双馈感应电机在能够在风速小的时候从电网中取电，从而确保其转速能够在风速变动不太大的时候大致恒定，当风速变化较大时，此时双馈感应电机的输出功率也会相应的变换，功率检测装置用于检测双馈感应电机的输出功率，当输出功率前后幅度过大时，比如风速持续增加，而双馈感应电机输出的电功率不稳定，如果将此电能并入电网中，便会造成电网扰动，所以，此时通过功率检测装置控制并网开关断开，使双馈感应电机所输出的电能不并入电网中，通过箱变（箱式变压器）和升压站实现风电场控制系统和风电并网系统合二为一，达到了电能的可靠的效果。

作为本实用新型的改进，所述第二通路设置有双馈变流器。

通过采用上述技术方案，通过双馈变流器根据功能和连接点不同分为网侧变流器和机侧变流器两部分，二者之间通过直流环节相连接，实现四象限运行，通过双馈变流器通过发电机转子电流进行高速、精确和平滑控制，从而提高双馈发电机的输出功率更为稳定，使双馈发电机的调速能力更强。

作为本实用新型的改进，所述双馈变流器的输入端设置有第一滤波器，所述双馈变流器的输出端设置有第二滤波器。

通过采用上述技术方案，通过两个滤波器实现对双馈变流器的输入端的滤波，和双馈变流器输出端的滤波，从而使输出到双馈发电机的电能较为稳定，以实现精确控制的效果。

作为本实用新型的改进，所述第一滤波器为LC滤波器。

通过采用上述技术方案，采用LC滤波器在实现对双馈变流器输入端滤波的效果的同时还能够对输入至双馈感应电机实现无功补偿的效果。

作为本实用新型的改进，所述第二滤波器为DU/DT滤波器。

通过采用上述技术方案，采用DU/DT滤波器一方面能够调整双馈变流器的输出波形，使电能的稳定性更高，另一方面在大面积建设风电时可以通过DU/DT滤波器实现远距离传输，使电路精度更高。

作为本实用新型的改进，所述双馈变流器的输出端设置有CROWBAR电阻。

通过采用上述技术方案，CROWBAR电阻用在双馈感应电机转子侧，当电网发生低电压扰动时，防止直流母线电压过高和转子电流过大，阻尼定子磁链，Crowbar电阻能在瞬时把巨大能量耗散掉。

作为本实用新型的改进，所述叶片和发电机之间还设置有增速齿轮箱。

通过采用上述技术方案，增速齿轮箱为常规设计，主要使输出功率更为稳定。

作为本实用新型的改进，所述功率检测装置包括

功率检测模块，连接双馈感应电机的输出端，用于检测双馈感应电机所输出的功率信号；

处理器，连接功率检测模块，用于接收功率信号，并定期比较当前的功率信号和上一时间点的功率信号，当功率信号的差值大于一阈值时，所述处理器输出控制并网开关的关断信号。

通过采用上述技术方案，功率检测模块的设置用来检测双馈感应电机输出端所输出的功率信号，通过连接功率检测模块的处理器来对功率信号进行处理，当当前时刻接收到的功率信号，和上一个时间点所接收到的功率信号之间的差值大于一阈值时，处理器输出控制并网开关的关断信号，从而起到防止双馈感应电机所输出的电功率波动过大时对电网产生扰动的情况发生。

作为本实用新型的改进，所述功率检测模块包括ADE7169电能计量芯片。

通过采用上述技术方案，通过ADE7169电能计量芯片实现对电功率的检测作用，使检测更为精准。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，通过双馈感应电机将机械能转换为电能，并通过第一通路将电并到电网中，第二通路的设置用于从电网中取电以供双馈感应电机自身工作，由于外界的风速不是一成不变的，时大时小，从而导致风轮的转动也时快时慢，双馈感应电机在能够在风速小的时候从电网中取电，从而确保其转速能够在风速变动不太大的时候大致恒定，当风速变化较大时，此时双馈感应电机的输出功率也会相应的变换，功率检测装置用于检测双馈感应电机的输出功率，当输出功率前后幅度过大时，比如风速持续增加，而双馈感应电机输出的电功率不稳定，如果将此电能并入电网中，便会造成电网扰动，所以，此时通过功率检测装置控制并网开关断开，使双馈感应电机所输出的电能不并入电网中，通过箱变（箱式变压器）和升压站实现风电场控制系统和风电并网系统合二为一，达到了电能的可靠的效果。

附图说明

图1是风力发电系统示意图。

图中，1、风轮；2、增速齿轮箱；3、双馈感应电机；4、功率检测装置；5、CROWBAR电阻；6、并网开关；7、箱式变压器；8、升压站；9、电网；11、DU/DT滤波器；12、双馈变流器；13、LC滤波器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1所示，风力发电系统包括风轮1、双馈感应电机3、第一通路、第二通路以及功率检测装置4，其中，双馈感应电机3连接风轮1，当风轮1转动时将风能转化为机械能，在通过双馈感应电机3将机械能转化为电能并从第一通路输出到电网9之中，在第一通路上依次串接并网开关6、箱式变压器7以及升压站8，通过箱变（箱式变压器7）和升压站8实现风电场控制系统和风电并网系统合二为一，达到了电能的可靠的效果，在风轮1和双馈感应电机3之间还设置有增速齿轮箱2，通过增速齿轮箱2将风轮1旋转的的速度提升，从而使发电效率更高。

上述的功率检测装置4包括功率检测模块和处理器，功率检测模块的设置用来检测双馈感应电机3输出端所输出的功率信号，通过连接功率检测模块的处理器来对功率信号进行处理，当当前时刻接收到的功率信号，和上一个时间点所接收到的功率信号之间的差值大于一阈值时，处理器输出控制并网开关6的关断信号，此处的功率检测装置4可为ADE7169电能计量芯片构成的功率检测模块，利用ADE7169电能计量芯片的有点，从而起到防止双馈感应电机3所输出的电功率波动过大时对电网9产生扰动的情况发生，上述的时间点可以根据实际工况来调节两个时间点之间的时差，使其更贴近实际需求。

上述的第二回路连接在双馈感应电机3与电网9之间，用于从电网9中取电以供双馈感应电机3工作，使双馈感应电机3在输出电功率较低的时候或者输出电功率不稳定时，通过第二通路对双馈感应电机3供电，使其输出的电功率恒定，按照电能的传输方向来说，第二通路包括依次连接的LC滤波器13、双馈变流器12、DU/DT滤波器 11以及CROWBAR电阻5，LC滤波器13在实现对双馈变流器12输入端滤波的效果的同时还能够对输入至双馈感应电机3实现无功补偿的效果，经LC滤波器13滤波后的电能传输至双馈变流器12中，双馈变流器12根据功能和连接点不同分为网侧变流器和机侧变流器两部分，二者之间通过直流环节相连接，实现四象限运行，通过双馈变流器12通过发电机转子电流进行高速、精确和平滑控制，从而提高双馈发电机的输出功率更为稳定，使双馈发电机的调速能力更强，CROWBAR电阻5用在双馈感应电机3转子侧，当电网9发生低电压扰动时，防止直流母线电压过高和转子电流过大，阻尼定子磁链，Crowbar电阻能在瞬时把巨大能量耗散掉。

其具体工作方式为，当风轮1被风能带动时经过双馈感应电机3产生电能，经第一通路传输至箱式变压器7和升压站8上，在通过升压站8实现并网，在双馈感应电机3工作的时候通过第二通路上的双馈变流器12对双馈感应电机3进行调速，以尽可能的使双馈感应电机3的输出的电功率恒定，不会对电网9产生扰动，双馈感应电机3输出的电功率由功率检测模块来检测器电功率，并通过处理器对功率检测模块所输出的功率信息进行处理，当电功率波动较大时，处理器控制并网开关6断开，切断双馈感应电机3和电网9之间的连接。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.风力发电系统，该系统用于连接电网(9)，其特征在于：包括

风轮(1)；

双馈感应电机(3)，连接风轮(1)用于将机械能转化为电能；

第一通路，连接双馈感应电机(3)和电网(9)，所述第一通路上设置有并网开关(6)，所述第一通路上设置有箱式变压器(7)和连接箱式变压器(7)的升压站(8)；

第二通路，连接电网(9)和双馈感应电机(3)，并从电网(9)中取电以控制双馈感应电机(3)的转速；

功率检测装置(4)，连接双馈感应电机(3)的输出端，用于检测双馈感应机的功率变换情况，当功率的变换频率的幅度过大时，所述功率检测装置(4)控制所述并网开关(6)断开。

2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于：所述第二通路设置有双馈变流器(12)。

3.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于：所述双馈变流器(12)的输入端设置有第一滤波器，所述双馈变流器(12)的输出端设置有第二滤波器。

4.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于：所述第一滤波器为LC滤波器(13)。

5.根据权利要求3所述的风力发电系统，其特征在于：所述第二滤波器为DU/DT滤波器(11)。

6.根据权利要求2所述的风力发电系统，其特征在于：所述双馈变流器(12)的输出端设置有CROWBAR电阻(5)。

7.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于：所述风轮(1)和双馈感应电机(3)之间还设置有增速齿轮箱(2)。

8.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于：所述功率检测装置(4)包括

功率检测模块，连接双馈感应电机(3)的输出端，用于检测双馈感应电机(3)所输出的功率信号；

处理器，连接功率检测模块，用于接收功率信号，并定期比较当前的功率信号和上一时间点的功率信号，当功率信号的差值大于一阈值时，所述处理器输出控制并网开关(6)的关断信号。

9.根据权利要求8所述的风力发电系统，其特征在于：所述功率检测模块包括ADE7169电能计量芯片。