CN209692367U - 一种风力发电机组双馈变流器双模运行控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种风力发电机组双馈变流器双模运行控制装置，所述双模运行控制装置包括双馈变流器、双馈电机、定子短接开关和主控系统，所述主控系统通过CANopen与双馈变流器进行通讯连接，所述双馈变流器设有并网开关、机侧AC/DC变换器、网侧DC/AC变换器和断路器，所述断路器的外端通过变压器与电网连接，所述断路器的内端分别与并网开关和网侧DC/AC变换器连接，所述网侧DC/AC变换器与机侧AC/DC变换器连接，所述机侧AC/DC变换器与双馈电机连接；在双馈电机的定子同时与并网开关、定子短接开关连接。本实用新型提升双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率,提高机组发电量。
Description
技术领域
本实用新型属于风力发电机组控制领域，尤其涉及一种双馈变流器双模运行控制装置。
背景技术
随着近几年来中国风电的迅速发展，装机容量大幅增加，风电资源较为理想的地区已基本开发完毕，这样就导致风电业主对弱风地区的开发需求越来越强烈。目前，主要的风力发电机型包括双馈风力发电机组、永磁直驱风力发电机组、永磁半直驱风力发电机组、鼠笼异步风力发电机组等。虽然双馈风力发电机组在风电领域还是占据主导地位，但是由于其对强风自然条件的高度依赖而无法充分满足所有风能利用的要求。
从技术角度而言，双馈风力发电机组受制于双馈电机转子端口电压，需要在特定的滑差范围内运行，电机发电转速也就被限制在一定的转速范围内。而在该转速范围内，风力发电机组的输出功率大小直接取决于当前电机的转速和风速。这就使得在风速较低的工况下，如果风机转速不能达到并网最低转速，则双馈电机不能并网发电。另外，从叶片的功率系数Cp曲线和双馈风力发电机的功率曲线对比可以知道：当风机转速略高于系统并网最低转速时，双馈机组的并网输出功率较小，并没有跟踪最佳叶尖速比而运行在最佳Cp点上，导致机组效率和发电量偏低。
发明内容
为了克服现有双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率远低于鼠笼异步风力发电机组的不足，本实用新型提供了一种双馈变流器双模运行控制装置，提升双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率,提高机组发电量。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种风力发电机组双馈变流器双模运行控制装置，所述双模运行控制装置包括双馈变流器、双馈电机、定子短接开关和主控系统，所述主控系统通过CANopen与双馈变流器进行通讯连接，所述双馈变流器设有并网开关、机侧AC/DC变换器、网侧DC/AC变换器和断路器，所述断路器的外端通过变压器与电网连接，所述断路器的内端分别与并网开关和网侧DC/AC变换器连接，所述网侧DC/AC变换器与机侧AC/DC变换器连接，所述机侧AC/DC变换器与双馈电机连接；在双馈电机的定子同时与并网开关、定子短接开关连接。
本实用新型中,并网开关和定子短接开关不能同时闭合,在电气上进行互锁,防止给电网造成短路故障。同时，根据主控对双馈风力发电机组的功率进行实时监测,当机组功率低于180KW时,主控系统将机组运行模式切换控制信号发送给双馈变流器,此时定子短接开关闭合,并网开关断开,双馈电机定子绕组短接时可等效为三相绕线式鼠笼异步发电机，机组运行模式切换为鼠笼异步模式；当机组功率高于250KW时,主控系统将机组运行模式切换控制信号发送给双馈变流器,此时定子短接开关断开,并网开关闭合,机组运行模式切换为双馈模式。通过双模运行控制装置可以让双馈风力发电机组运行在不同的工作模式下，扩大机组的运行风速范围，最大限度跟踪最佳叶尖速比使机组运行在最佳Cp点上，进而提升双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率,提高机组发电量。
本实用新型的技术构思为：现有双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率远低于鼠笼异步风力发电机组的缺陷就越来越明显，但从成本和风机的功率体积比角度考虑，双馈风力发电机组仍然具有很大优势，如果能够将双馈风力发电机组的成本优势和鼠笼异步风力发电机组的低风优势结合起来，就能够充分解决当前风电资源紧缺和风能利用率低的现实问题。本实用新型根据双馈模式和鼠笼异步模式不同的运行功率要求切换双馈风力发电机组的工作模式，扩大机组的运行风速范围，最大限度跟踪最佳叶尖速比使机组运行在最佳Cp点上，进而提升双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率,提高机组发电量。
本发明的有益效果为：提升双馈风力发电机组在低风速段的风能利用率,提高机组发电量。
附图说明
图1是双馈变流器双模运行控制装置电气原理图。
图2是鼠笼异步模式切换为双馈模式流程图。
图3是双馈模式切换为鼠笼异步模式流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1～图3，一种风力发电机组双馈变流器双模运行控制装置，所述双模运行控制装置包括双馈变流器、双馈电机、定子短接开关和主控系统，所述主控系统通过CANopen与双馈变流器进行通讯连接，所述双馈变流器设有并网开关、机侧AC/DC变换器、网侧DC/AC变换器和断路器，所述断路器的外端通过变压器与电网连接，所述断路器的内端分别与并网开关和网侧DC/AC变换器连接，所述网侧DC/AC变换器与机侧AC/DC变换器连接，所述机侧AC/DC变换器与双馈电机连接；在双馈电机的定子同时与并网开关、定子短接开关连接。
本实施例的工作过程为：
1)鼠笼异步模式启动运行
设置运行模式标志位，1代表双馈模式，0代表鼠笼异步模式。当风速长时间较低，无法进入双馈电机的滑差转速范围内，主控给变流器发送鼠笼异步运行模式指令。变流器接到指令后，闭合定子短接开关(出于安全考虑需要与并网开关互锁)，控制双馈电机以鼠笼异步模式并网发电运行。变流器接收并响应主控给定的转矩指令，转速范围不受滑差限制。鼠笼异步运行模式下，由于模块容量的限制，在低穿过程中，变流器只能满足整机系统不脱网运行，不能提供无功支持。
2)鼠笼异步模式切换到双馈模式
当风速增大，鼠笼异步模式下机组功率大于250KW时，主控进行降载，降载完成后，双模模式标志位由0变为1，并发送给变流器，变流器进行模式切换，变流器断开定子短接开关，闭合并网开关，机组以双馈模式运行。同时，主控将最低转速由950rpm恢复为1100rpm,将欠速停机报警值由900rpm切回1030rpm；变流器模式切换完成后，给主控发送完成信号，则主控重新进行加载，当加载完成后，机组正常运行在双馈模式，风机以双馈模式运行发电，变流器响应主控的转矩给定，转速范围受滑差限制。
3)双馈模式切换到鼠笼异步模式
当风速持续较小，双馈模式下机组功率小于180KW时，主控进行降载，降载完成后，双模模式标志位由1变为0，并发送给变流器，变流器进行模式切换，变流器闭合定子短接开关，断开并网开关，机组以鼠笼异步模式运行。同时，在等待过程中将最小转速由1100rpm改为950rpm,将前速停机报警值由1030rpm改为900rpm；变流器模式切换完成后，发送给主控完成信号，主控进行加载，加载完成后机组正常运行在鼠笼异步模式，风机切换到鼠笼异步机模式运行后，继续响应主控的转矩给定，转速范围不受滑差范围限制，可以下限到较低电机转速。
4)双馈模式启动运行
当现场风速持续较高时，主控通过变桨可以让电机转速快速升至双馈并网转速范围，风机没有进入鼠笼异步模式运行的必要，可以直接以双馈模式启动运行。
Claims (1)
1.一种风力发电机组双馈变流器双模运行控制装置，其特征在于：所述双模运行控制装置包括双馈变流器、双馈电机、定子短接开关和主控系统，所述主控系统通过CANopen与双馈变流器进行通讯连接，所述双馈变流器设有并网开关、机侧AC/DC变换器、网侧DC/AC变换器和断路器，所述断路器的外端通过变压器与电网连接，所述断路器的内端分别与并网开关和网侧DC/AC变换器连接，所述网侧DC/AC变换器与机侧AC/DC变换器连接，所述机侧AC/DC变换器与双馈电机连接；在双馈电机的定子同时与并网开关、定子短接开关连接。
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| CN (1) | CN209692367U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116316859A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-23 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组及其控制方法、装置、计算机可读存储介质 |
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2019
- 2019-03-26 CN CN201920385698.1U patent/CN209692367U/zh active Active
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