專利名稱：一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型設(shè)計一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，適用于定槳距定速異步風力發(fā)電機組和變槳距恒速異步風力機組的改造，同樣可以適用于變槳距變速異步風力發(fā)電機組，屬于電力設(shè)備控制的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
21世紀隨著全球經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，能源已經(jīng)成為制約各國能源發(fā)展的瓶頸，同時由于生活水平的提高，人們越來越重視所生存的環(huán)境，因此需要迫切發(fā)展一些清潔、無污染的可再生能源。在目前眾多的可再生能源中，發(fā)展最成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件、最有競爭力的就是風電。風力發(fā)電系統(tǒng)的主要功能就是將風速變化、風向變化的風能轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率同電壓的電能，并且要求在電網(wǎng)電壓跌落時在規(guī)定的時間內(nèi)仍保持與電網(wǎng)之間的連接。在目前常見的傳統(tǒng)定槳距或變槳距異步風力發(fā)電機組如圖1所示，由圖1揭示的傳統(tǒng)異步風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)可見，包括軟并網(wǎng)單元ST、無功補償SVC、并網(wǎng)接觸器Be、斷路器K、主控系統(tǒng)MSC等，其中軟并網(wǎng)單元連接在異步發(fā)電機定子與斷路器K之間，負責異步風力發(fā)電機組的并網(wǎng)控制，減小并網(wǎng)時的沖擊；并網(wǎng)接觸器與軟并網(wǎng)單元并聯(lián)連接，無功補償SVC與電網(wǎng)端連接，以補償異步發(fā)電機的勵磁無功電流；主控系統(tǒng)MCS負責機組啟停控制與保護。長期以來，我國國內(nèi)的主要發(fā)電機組類型為變槳距雙饋異步風力機+雙饋變流器、永磁同步發(fā)電機+全功率變流器、定槳距恒速異步風力發(fā)電機組、變槳距恒速異步風力發(fā)電機組，但是這幾種機組都存在著較多的不足之處。雙饋異步風力發(fā)電機由于存在電刷、滑環(huán)導(dǎo)致機組維護量增加，另外在低電壓穿越方面，由于雙饋變流器容量有限導(dǎo)致低電壓穿越能力有限，因此該類型的 機組可靠性差；永磁同步直驅(qū)風力發(fā)電機組雖然省去了齒輪箱，但是由于發(fā)電機體積龐大，價格較高；而對于異步風力發(fā)電機組，無論是定槳距還是變槳距，雖然結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護簡單，但都存在轉(zhuǎn)速范圍太小的固有問題，導(dǎo)致風能利用效率低、并網(wǎng)問題多等問題，在風電發(fā)展后期得不到大規(guī)模發(fā)展。因此發(fā)展一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、風能利用效率高、能提高機組發(fā)電量的風力發(fā)電系統(tǒng)就顯得特別有意義。本文就此提出一種高效的提高發(fā)電量的異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)及控制策略，可以解決原有異步風力發(fā)電機組存在的問題，并提高了發(fā)電量和風能利用率，大約在10%左右，具有很大的經(jīng)濟利益。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于:針對目前傳統(tǒng)定槳距或變槳距恒速異步風力發(fā)電機組存在的風能利用效率低、并網(wǎng)沖擊大、無功功率波動大、不具備低電壓穿越能力等問題，提供一種既能提高風能利用效率和發(fā)電量，同時又可以具備動態(tài)無功調(diào)節(jié)和低電壓穿越等電網(wǎng)友好型的風電系統(tǒng)。本實用新型是這樣實現(xiàn)的:一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，其特征在于，包括主控系統(tǒng)MCS (main control system)、全功率變流器、機側(cè)自激電容單元SQK self-excitedcapacitor unit)、斷路器K和變流器控制器KZQ,其中:所述的全功率變流器設(shè)有A端口和B端口，A端口與異步發(fā)電機的定子連接，B端口通過斷路器K與電網(wǎng)連接；全功率變流器中包括機側(cè)變流器RSC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、直流制動單元DBU，其中機側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC通過公共直流母線背靠背連接，直流制動單元DBU連接在公共直流母線上；網(wǎng)側(cè)變流器和機側(cè)變流器均為由六個可控器件IGBT或IGCT組成的PWM三相全橋逆變器，其中網(wǎng)側(cè)變流器交流輸入側(cè)與B端口之間設(shè)有濾波器LB1，機側(cè)變流器RSC交流輸入側(cè)與A端口之間設(shè)有濾波器LB2 ;直流制動單元DBU由可控器件IGBT等可關(guān)斷器件與耗能電阻串聯(lián)組成，通過改變IGBT導(dǎo)通占空比來消耗直流母線上多余的能量；所述的全功率變流器各部分的工作狀態(tài)由變流器控制器KZQ控制，并通過模擬量或通信與主控系統(tǒng)MCS連接。在本實用新型中，異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)為定槳距異步風力發(fā)電機組或變槳距異步風力發(fā)電機組，在所述定槳距異步風力發(fā)電機組中含有偏航系統(tǒng)和收槳系統(tǒng)，在所述變槳距異步風力發(fā)電機組中含有偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)；所述的偏航系統(tǒng)與機艙相連接，并根據(jù)主控制單元的命令來調(diào)整葉片的迎風角；所述的收槳系統(tǒng)為含有葉尖擾流器的定槳距機組，在超速或超功率時定槳距機組執(zhí)行主控制單元的收槳停機命令；所述的變槳系統(tǒng)為變槳距機組，它與葉片根部連接，根據(jù)主控制單元的控制命令由變槳距機組來調(diào)節(jié)葉片角度。在本實用新型中，所述的機側(cè)自激電容單元SCU由一組星形連接或三角形連接的三相交流電容組組成。在本實用新型中，所 述的濾波器LBl為LCL濾波器或LC濾波器；所述的濾波器LB2為du/dt濾波器或正弦波濾波器。在本實用新型中，所述的主控系統(tǒng)MCS包括主控制單元以及分別與其連接的配電系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、收槳或變槳系統(tǒng)。本實用新型的優(yōu)點在于:主控系統(tǒng)MCS可以對異步風力發(fā)電機組的各工作參數(shù)實施監(jiān)控和保護；與全功率變流器A端口連接的濾波器LB2可以減小機側(cè)變流器輸出電壓上升率及電壓尖峰；與全功率變流器B端口連接的濾波器LB1，可以濾除網(wǎng)側(cè)變流器產(chǎn)生的高頻諧波分量；當機側(cè)變流器RSC的容量較小時，可以在電機定子與機側(cè)變流器RSC之間增加機側(cè)自激電容單元SCU，用于提供異步發(fā)電機的勵磁電流，(機側(cè)變流器RSC的容量足夠，也可以不采用該SCU單元);直流制動單元DBU位于網(wǎng)側(cè)功率模塊GSC和機側(cè)功率模塊RSC的直流母線正負極之間，由IGBT等可關(guān)斷器件與耗能電阻串聯(lián)組成，通過改變IGBT導(dǎo)通占空比來消耗直流母線上多余的能量。本實用新型具有啟動風速低的特點，同時異步發(fā)電機工作在最小轉(zhuǎn)差率，使電機效率保持在最高效率；增大了系統(tǒng)阻尼，改善了風機振動等疲勞載荷；另外具有完美的低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，電網(wǎng)適應(yīng)新能力強；可實現(xiàn)機組無功功率控制和有功功
率控制；具有非常寬的發(fā)電機轉(zhuǎn)速范圍，并能提高發(fā)電量約10%左右，具有很大的經(jīng)濟利.、/■
Mo
圖1是傳統(tǒng)異步風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的一種實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖2非限制性地公開了本實用新型實施例的具體結(jié)構(gòu)，
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步地描述。由圖2可見，本實用新型包括主控系統(tǒng)MCS、全功率變流器、斷路器K和變流器控制器KZQ，其中:所述的全功率變流器設(shè)有A端口和B端口，A端口與異步發(fā)電機的定子連接，B端口通過斷路器K與電網(wǎng)連接；全功率變流器中包括機側(cè)變流器RSC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、直流制動單元DBU，其中機側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC通過公共直流母線背靠背連接，直流制動單元DBU連接在公共直流母線上；網(wǎng)側(cè)變流器和機側(cè)變流器均為由六個可控器件IGBT或IGCT組成的PWM三相全橋逆變器，其中網(wǎng)側(cè)變流器交流輸入側(cè)與B端口之間設(shè)有濾波器LB1，機側(cè)變流器RSC交流輸入側(cè)與A端口之間設(shè)有濾波器LB2 ;直流制動單元DBU由可控器件IGBT與耗能電阻串聯(lián)組成，通過改變IGBT導(dǎo)通占空比來消耗直流母線上多余的能量；主控系統(tǒng)MCS通過傳感器對風機風速風向、發(fā)電機轉(zhuǎn)速等檢測，各檢測信息通過通信或模擬量傳遞到變流器控制器KZQ，由變流器控制器KZQ對全功率變流器中的機側(cè)變流器RSC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、直流制動單元DBU實施控制。在本實施例中，全功率變流器的A端口與機側(cè)自激電容單元SCU并聯(lián)后再與異步發(fā)電機的定子連接。具體實施時，所述的濾波器LBl為LCL濾波器或LC濾波器。所述的濾波器LB2為du/dt濾波器或正弦波濾波器。 所述的機側(cè)自激電容單元SCU由一組星形連接或三角形連接的三相交流電容組組成。具體實施時，異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)可以是定槳距異步風力發(fā)電機組，也可以是變槳距異步風力發(fā)電機組，在所述定槳距異步風力發(fā)電機組中含有偏航系統(tǒng)和收槳系統(tǒng)，在所述變槳距異步風力發(fā)電機組中含有偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)。所述的偏航系統(tǒng)與機艙相連接，并根據(jù)主控制單元的命令來調(diào)整葉片的迎風角；所述的收槳系統(tǒng)為含有葉尖擾流器的定槳距機組，在超速或超功率時定槳距機組執(zhí)行主控制單元的收槳停機命令；所述的變槳系統(tǒng)為變槳距機組，它與葉片根部連接，根據(jù)主控制單元的控制命令由變槳距機組來調(diào)節(jié)葉片角度。具體實施時，所述的主控系統(tǒng)MCS包括主控制單元以及分別與其連接的配電系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、收槳或變槳系統(tǒng)。本實用新型的整個工作過程如下:當主控系統(tǒng)MCS檢測到最低啟動風速時，偏航系統(tǒng)啟動實現(xiàn)機組對風，對風之后異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到最低轉(zhuǎn)速之后全功率變流器控制器KZQ合上并網(wǎng)斷路器K，網(wǎng)側(cè)變流器GSC啟動，維持直流母線電壓恒定，緊接著機側(cè)變流器RSC啟動，跟蹤主控系統(tǒng)MCS下發(fā)的轉(zhuǎn)速給定，機組進入發(fā)電狀態(tài)運行；直流制動單元DBU被禁止。當電網(wǎng)電壓跌落時，機側(cè)變流器工作狀態(tài)保持不變，使能直流制動單元DBU，并在電網(wǎng)電壓跌落期間消耗異步發(fā)電機組輸出的有功功率并保持直流母線穩(wěn)定；網(wǎng)側(cè)變流器GSC根據(jù)標準要求發(fā)出一定的無功電流以支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)。[0026]機側(cè)變流器RSC對機組的異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速進行控制，采用V/f控制策略或矢量控制策略，利用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制響應(yīng)主控系統(tǒng)下發(fā)的轉(zhuǎn)速給定值，異步發(fā)電機的機端電壓幅值和頻率將隨風速變化而變化；其中采用V/f幅頻控制時在電機額定轉(zhuǎn)速以上時將進入弱磁調(diào)速區(qū)，并加入滑差補償控制以提升控制效果。全功率變流器的網(wǎng)側(cè)變流器GSC將對機組輸出有功功率和無功功率進行控制，采用PWM整流控制策略，以維持直流母線電壓恒定和響應(yīng)電網(wǎng)無功功率給定為目標。本實用新型所述的系統(tǒng)及控制策略適用于現(xiàn)有的定槳定速或變槳定速異步風力發(fā)電機組的改造 ，也適用于變速恒頻異步風力發(fā)電機組，但不僅限用于風力發(fā)電領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，其特征在于:包括主控系統(tǒng)MCS、全功率變流器、機側(cè)自激電容單元SCU、斷路器K和變流器控制器KZQ，其中: 所述的全功率變流器設(shè)有A端口和B端口，A端口與異步發(fā)電機的定子連接，B端口通過斷路器K與電網(wǎng)連接；全功率變流器中包括機側(cè)變流器RSC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、直流制動單元DBU，其中機側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC通過公共直流母線背靠背連接，直流制動單元DBU連接在公共直流母線上；網(wǎng)側(cè)變流器和機側(cè)變流器均為由六個可控器件IGBT或IGCT組成的PWM三相全橋逆變器，其中網(wǎng)側(cè)變流器交流輸入側(cè)與B端口之間設(shè)有濾波器LBl，機側(cè)變流器RSC交流輸入側(cè)與A端口之間設(shè)有濾波器LB2 ;直流制動單元DBU由可控器件IGBT等可關(guān)斷器件與耗能電阻串聯(lián)組成，通過改變IGBT導(dǎo)通占空比來消耗直流母線上多余的能量；所述的全功率變流器各部分的工作狀態(tài)由變流器控制器KZQ控制，并通過模擬量或通信與主控系統(tǒng)MCS連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，其特征在于:異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)為定槳距異步風力發(fā)電機組或變槳距異步風力發(fā)電機組，在所述定槳距異步風力發(fā)電機組中含有偏航系統(tǒng)和收槳系統(tǒng)，在所述變槳距異步風力發(fā)電機組中含有偏航系統(tǒng)和變獎系統(tǒng)； 所述的偏航系統(tǒng)與機艙相連接，并根據(jù)主控制單元的命令來調(diào)整葉片的迎風角； 所述的收槳系統(tǒng)為含有葉尖擾流器的定槳距機組，在超速或超功率時定槳距機組執(zhí)行主控制單元的收槳 停機命令； 所述的變槳系統(tǒng)為變槳距機組，它與葉片根部連接，根據(jù)主控制單元的控制命令由變槳距機組來調(diào)節(jié)葉片角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，其特征在于:所述的機側(cè)自激電容單元SCU由一組星形連接或三角形連接的三相交流電容組組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，其特征在于:所述的濾波器LBl為LCL濾波器或LC濾波器；所述的濾波器LB2為du/dt濾波器或正弦波濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4之一所述的一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，其特征在于:所述的主控系統(tǒng)MCS包括主控制單元以及分別與其連接的配電系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、收槳或變槳系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種異步風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)MCS、全功率變流器、機側(cè)自激電容單元SCU、斷路器K和變流器控制器KZQ，其中全功率變流器設(shè)有A端口和B端口，A端口與異步發(fā)電機的定子連接，B端口通過斷路器K與電網(wǎng)連接；全功率變流器中包括機側(cè)變流器RSC、網(wǎng)側(cè)變流器GSC、直流制動單元DBU，其中機側(cè)變流器RSC和網(wǎng)側(cè)變流器GSC通過公共直流母線背靠背連接，直流制動單元DBU連接在公共直流母線上；其中網(wǎng)側(cè)變流器交流輸入側(cè)與B端口之間設(shè)有濾波器LB1，機側(cè)變流器RSC交流輸入側(cè)與A端口之間設(shè)有濾波器LB2；主控系統(tǒng)MCS獲取異步風力發(fā)電機組運行信息后通過變流器控制器KZQ，由變流器控制器KZQ對全功率變流器實施控制。
文檔編號F03D7/00GK203103980SQ201220587928
公開日2013年7月31日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者王中, 廖恩榮, 黃曉輝, 李志國, 辛志遠 申請人:南京颶能電控自動化設(shè)備制造有限公司