CN210985669U - 增强型无功补偿装置及风力发电机、风力发电机组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了增强型无功补偿装置及风力发电机、风力发电机组，其中增强型无功补偿装置包括：降压变压器、启动单元、功率单元、DC/DC功率变换器、储能电池单元以及控制器。其中，降压变压器的一次绕组用于与风力发电机电网的母线连接，且还用于通过母线与备用发电机连接，启动单元与降压变压器的二次绕组连接，功率单元与启动单元连接，DC/DC功率变换器与功率单元连接，储能电池单元与DC/DC功率变换器，控制器与降压变压器、启动单元、功率单元、DC/DC功率变换器以及储能电池单元连接。通过实施本实施例，在风力发电机正常工作时为母线外部进线电源的外网提供无功补偿，在风力发电机掉电时为备用发电机作为母线进线电源的内网提供无功补偿。

Description

增强型无功补偿装置及风力发电机、风力发电机组
技术领域
本实用新型涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种增强型无功补偿装置及风力发电机、风力发电机组。
背景技术
台风影响过程中，极大风速、湍流和风向突变是造成风电机组破坏的三大主要因素。因此，风力发电机组配置有自动偏航系统，此系统可以使风力发电机组在风速超过切出速度时，自动停机、顺浆并不断跟踪风向，避免叶片和机舱受到损坏。防范台风时要求对电力变浆风机提供紧急备用电源，确保停机时风机叶片能够执行顺浆避风的安全指令，使叶轮处于自由避风状态，避免设备与台风湍流频率形成共振。为了保证风机叶片偏航所需要的电源动力，需要考虑当电网电源掉电，能够为风机提供足够的、可靠的后备偏航电源。
后备电源选择UPS，考虑所需配置容量较大，利用率不高，初期投入成本高，而且持续的时间有限，随着供电时间的推移，出力逐渐下降，且UPS使用年限有限，维护成本高。采用10Kv作为备用电源，前期费用很大，无论安装容量报装费，还是接入到下面各个风机偏航回路，都是一笔不小的投入，加上风机偏航备用电源一年难得利用一次，因此也是不经济的选择。因此，采用柴油发电机组作为备用电源是一既经济，又安全的方法。但风机线路比较长，导体间电容的存在，线路中的电容电流产生了充电功率，加上各台风机升压器，以及各台风力发电机组的升压变压器励磁电流产生的无功损耗，均会影响备用电源的运行。
实用新型内容
本实用新型提供了一种增强型无功补偿装置及风力发电机、风力发电机组，旨在提供一种既能给备用电源补充有功功率，又能提高柴油发电机输出功率因数的增强型无功补偿装置。
本实用新型提供了一种增强型无功补偿装置，其包括：降压变压器，所述降压变压器的一次绕组用于与风力发电机电网的母线连接，且还用于通过所述母线与备用发电机连接，用于实现电压转换以及提供并网所需的阻抗；启动单元，所述启动单元与所述降压变压器的二次绕组连接，用于实现预充电及并网切换；功率单元，所述功率单元与所述启动单元连接，用于实现功率变换；DC/DC 功率变换器，所述DC/DC功率变换器与所述功率单元连接，用于实现隔离连接和充放电控制；储能电池单元，所述储能电池单元与所述DC/DC功率变换器，用于储存电能；控制器，所述控制器与所述降压变压器、所述启动单元、所述功率单元、所述DC/DC功率变换器以及所述储能电池单元连接，用于通过采集所述母线的电信号以及所述备用发电机的工作信号以实现对所述母线外部进线电源的外网和所述备用发电机作为母线进线电源的内网进行无功补偿。
进一步地，所述降压变压器的一次绕组与风力发电机电网的母线之间连接有用户开关。
进一步地，所述用户开关为断路器。
进一步地，所述功率单元采用H桥级联。
进一步地，所述功率单元的A相、B相、C相均由十二个功率子单元串联而成。
进一步地，所述DC/DC功率变换器采用隔离型的DC/DC功率变换器。
进一步地，所述控制器为PLC控制器。
进一步地，所述备用发电机为柴油发电机。
本实用新型还提供了一种风力发电机，其包括增强型无功补偿装置以及备用发电机，所述增强型无功补偿装置和所述备用发电机均与风力发电机电网的母线连接，所述增强型无功补偿装置为上述所述的增强型无功补偿装置。
本实用新型还提供了一种风力发电机组，其包括多台风力发电机，多台所述风力发电机通过电网的母线连接，所述母线上还连接有增强型无功补偿装置以及备用发电机，所述增强型无功补偿装置为上述所述的增强型无功补偿装置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型解决了台风时风机偏航备用电源内网的高功率因数运行，同时可以在备用发电机有功不足的情况下，工作在有功输出模式下；可以在保证机组安全的前提下尽量减小柴油发电机的配置容量，合理控制造价和运行成本；在风电场正常工况下，也可进行储能充放电或参与风电场无功补偿控制。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1展示了本实用新型实施例的增强型无功补偿装置的示意图；
图2展示了本实用新型实施例的增强型无功补偿装置的电路示意图；
图3展示了本实用新型实施例的增强型无功补偿装置的储能电池单元的电路示意图；
图4展示了本实用新型实施例的增强型无功补偿装置的的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
参照图1至图4，其展示了本实用新型提供的增强型无功补偿装置10的一实施例。所述增强型无功补偿装置10应用于风机偏航备用电源，用于保证备用电源安全可靠地运行，从而保证风力发电机8在遭遇台风掉电时，备用电源能够正常对偏航系统供电以使风力发电机8的叶片处于避风状态，避免风力发电机8被损毁。所述增强型无功补偿装置10包括降压变压器1、启动单元2、功率单元3、DC/DC功率变换器4、储能电池单元5以及控制器6，所述降压变压器1的一次绕组用于与风力发电机8电网的母线连接，且还用于通过所述母线与备用发电机7连接，用于实现电压转换以及提供并网所需的阻抗；所述启动单元2与所述降压变压器1的二次绕组连接，用于实现预充电及并网切换；所述功率单元3与所述启动单元2连接，用于实现功率变换；所述DC/DC功率变换器4与所述功率单元3连接，用于实现隔离连接和充放电控制；所述储能电池单元5与所述DC/DC功率变换器4，用于储存电能；所述控制器6与所述降压变压器1、所述启动单元2、所述功率单元3、所述DC/DC功率变换器4以及所述储能电池单元5连接，用于通过采集所述母线的电信号以及所述备用发电机7的工作信号以实现对所述母线外部进线电源的外网和所述备用发电机7 作为母线进线电源的内网进行无功补偿。具体地，所述控制器与所述降压变压器所述启动单元通过硬接线连接、所述控制器与所述每个功率单元通过一对光纤连接、所述控制器与所述DC/DC功率变换器以及所述储能电池单元BMS系统通过通讯电缆连接。通过实施本实施例，在风力发电机8正常工作时为风力发电机8一侧的外网提供无功补偿，在风力发电机8掉电时为备用发电机7一侧的内网提供无功补偿，实现了内网和外网无功补偿的切换功能；此外，还可进行有功调节，或者作为紧急备用电源提供电能。
在一实施例中，所述降压变压器1的一次绕组与风力发电机8电网的母线之间连接有用户开关9。在具体实施例中，所述用户开关9为断路器。所述断路器是所述增强型无功补偿装置10的开关，由用户进行控制。
在一实施例中，所述功率单元3采用H桥级联。采用H桥级联的功率单元 3电路可靠性高。
在一实施例中，所述功率单元3的A相、B相、C相均由十二个功率子单元串联而成。每个功率子单元为IGBT模块。当然可以理解的是，还可以是其他数量的功率子单元，具体可根据实际情况设置。
在一实施例中，参照图3所示，所述DC/DC功率变换器4采用隔离型的DC/DC功率变换器4，其能够提供高变比，可以匹配宽电压范围的储能电池组。
在一实施例中，所述控制器6为装置主控控制器，所述装置主控控制器6 包括数字量开入开出板、信号采样接口板、光纤板及主控板等组成。所述控制器6通过信号采样接口板采集所述母线的电压、电流信号，通过数字量开入开出板采集所述备用发电机7的工作信号，主控板通过光纤板与每个所述功率单元3通讯，来控制各个器件模块和单元工作，主控板通过采样板采集系统电压、电流信号、外部接口信号等，从而实现外网和内网的无功补偿切换。其具体的工作过程如下：
所述控制器6采集母线的三相电压和三相电流信号，若母线上的三相电压和三相电流信号正常，说明风力发电机8正常工作运行。首先所述控制器6断开所述储能电池单元5与所述DC/DC功率变换器4的连接，所述断路器闭合，启动单元2进行预充电、升压、以及闭合并网开关，然后所述控制器6通过控制算法自动跟踪补偿对象，其中，正常情况下是以系统电压和系统电流作为控制算法的依据实施无功补偿。
所述控制器6采集母线的三相电压和三相电流信号，若母线上的三相电压和三相电流信号消失，说明风力发电机8掉电。所述备用发电机7的工作信号包括输出三相电流信号、运行信号以及开关信号。所述控制器6通过采集所述备用发电机7的工作信号得知所述备用发电机7启动，所述控制器6将补偿对象切换为所述备用发电机7作为母线电源的内部电网，对所述母线进行无功补偿，以提高功率因数为目标，保证所述备用发电机7有足够的出力。
所述增强型无功补偿装置10还可进行有功调节，有功调节时所述控制器6 使所述储能电池单元5与所述DC/DC功率变换器4连接，通过对所述储能电池单元5进行充放电控制，从而实现有功调节。
在一实施例中，所述备用发电机7为柴油发电机。柴油发电机作为备用电源相对于UPS更加经济使用，成本低，使用率高。
本实用新型实施例提供的增强型无功补偿装置10，实现了内网和外网无功补偿切换功能，同时功率单元3直流母线通过DC/DC模块与储能电池进行连接，可以进行无功调节与有功调节切换，可以有效保证风机片偏航备用电源的稳定性，并且为风电场提供备用电源。
本实用新型实施例还展示了一种风力发电机8，风力发电机8在遭遇台风时，如果失去电网电源，如果没有可靠的偏航备用电源，叶轮不断加速直至飞车，轮毂转速急剧上升造成风机其它部分(叶片及塔筒)载荷也随之急剧增大，叶片及塔筒螺栓承受载荷超出其设计载荷，最后导致风机倒塔、叶片断裂。因此，为了避免台风区域风机因此造成的损害，所述风力发电机8包括增强型无功补偿装置10以及备用发电机7，所述增强型无功补偿装置10和所述备用发电机7均与风力发电机8电网的母线连接，所述增强型无功补偿装置10为上述实施例所述的增强型无功补偿装置10。
如图4所示，所述备用发电机7为柴油发电机，所述增强型无功补偿装置 10与所述柴油发电机并联接入母线，QF0为35KV进线开关即母线外部进线电源开关，QF1～QF3分别为风机馈线开关，QF11为增强型无功补偿装置10的用户开关9，QF4为柴油发电机35KV开关，FU1代表35kV电压互感器熔断保护， FU2代表10kV电压互感器熔断保护，PT1代表35/0.1kV电压互感器，PT2代表10/0.1kV电压互感器，CT1为35kV电流互感器组，CT2为装置35kV侧电流互感器组、CT3为装置10kV输出电流互感器组，CT4为柴油发电机35kV侧电流互感器组，T1和T2分别为35/10kV和35/0.4kV变压器，R为预充电电阻， KM为高压真空接触器，1QF为柴油发电机出口断路器。
本实用新型实施例提供的风力发电机8通过增强型无功补偿装置10在风力发电机8正常工作时对母线外部电网进线进行无功补偿，在风力发电机8掉电时对备用发电机7作为进线电源的内网进行无功补偿，保证备用发电机7的可靠性以避免风力发电机8的偏航系统失电，从而导致风力发电机8损毁。
本实用新型实施例还展示了一种风力发电机8组，所述风力发电机8组包括多台风力发电机8，多台所述风力发电机8通过电网的母线连接，所述母线上还连接有增强型无功补偿装置10以及备用发电机7，所述增强型无功补偿装置 10为上述实施例所述的增强型无功补偿装置10。
本实用新型实施例提供的风力发电机8组通过增强型无功补偿装置10在风力发电机8正常工作时对母线外部进线电源的外网进行无功补偿，在风力发电机8掉电时对备用发电机7作为母线进线电源的内网进行无功补偿，保证备用发电机7的可靠性以避免风力发电机8的偏航系统失电，从而导致风力发电机8 组损毁。
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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种增强型无功补偿装置，其特征在于，包括：
降压变压器，所述降压变压器的一次绕组用于与风力发电机电网的母线连接，且还用于通过所述母线与备用发电机连接，用于实现电压转换以及提供并网所需的阻抗；
启动单元，所述启动单元与所述降压变压器的二次绕组连接，用于实现预充电及并网切换；
功率单元，所述功率单元与所述启动单元连接，用于实现功率变换；
DC/DC功率变换器，所述DC/DC功率变换器与所述功率单元连接，用于实现隔离连接和充放电控制；
储能电池单元，所述储能电池单元与所述DC/DC功率变换器，用于储存电能；
控制器，所述控制器与所述降压变压器、所述启动单元、所述功率单元、所述DC/DC功率变换器以及所述储能电池单元连接，用于通过采集所述母线的电信号以及所述备用发电机的工作信号以实现对所述母线外部进线电源的外网和所述备用发电机作为母线进线电源的内网进行无功补偿。
2.根据权利要求1所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述降压变压器的一次绕组与风力发电机电网的母线之间连接有用户开关。
3.根据权利要求2所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述用户开关为断路器。
4.根据权利要求1所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述功率单元采用H桥级联。
5.根据权利要求1所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述功率单元的A相、B相、C相均由十二个功率子单元串联而成。
6.根据权利要求1所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述DC/DC功率变换器采用隔离型的DC/DC功率变换器。
7.根据权利要求1所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的增强型无功补偿装置，其特征在于，所述备用发电机为柴油发电机。
9.一种风力发电机，其特征在于，包括增强型无功补偿装置以及备用发电机，所述增强型无功补偿装置和所述备用发电机均与风力发电机电网的母线连接，所述增强型无功补偿装置为上述权利要求1-8任一项所述的增强型无功补偿装置。
10.一种风力发电机组，其特征在于，包括多台风力发电机，多台所述风力发电机通过电网的母线连接，所述母线上还连接有增强型无功补偿装置以及备用发电机，所述增强型无功补偿装置为上述权利要求1-8任一项所述的增强型无功补偿装置。
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