專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，綜合目前流行的直驅(qū)同步電機(jī)和雙饋感應(yīng)電機(jī)兩類風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以更好地把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。
背景技術(shù)：
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)較定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)能更好地利用風(fēng)能。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)就是指一方面電機(jī)要根據(jù)不同飛風(fēng)速運(yùn)行在不同的轉(zhuǎn)速，另一方面還要保證入網(wǎng)電流的頻率始終為工頻。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中，定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)逐漸被變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)取代。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，目前雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2)作為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的兩個(gè)代表占據(jù)了主要的風(fēng)電市場(chǎng)。這兩種機(jī)型各具優(yōu)缺點(diǎn)。直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是不需故障率比較高、容易帶來(lái)噪聲和機(jī)械損耗的齒輪箱，容易維護(hù)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍寬，沒(méi)有極限切入風(fēng)速的限制，能適應(yīng)低風(fēng)速的情況；與電網(wǎng)間通過(guò)全功率變流器進(jìn)行隔離，具有較好的電網(wǎng)故障穿越能力。這些優(yōu)點(diǎn)正好是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，因此，目前直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)被業(yè)界公認(rèn)為很有前景的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。然而，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)也有一些方面是不及雙饋感應(yīng)電機(jī)的。其不足之處主要體現(xiàn)在其所發(fā)電能全部都需要通過(guò)變流器才能進(jìn)入電網(wǎng)，全功率的變流器不僅本身價(jià)格昂貴，功率器件的開關(guān)損耗大，而且入網(wǎng)電流全是開關(guān)器件調(diào)制出來(lái)，因此諧波成分也很多 (如圖4所示)，需要更先進(jìn)的控制技術(shù)或需要附加價(jià)格昂貴的濾波器；與電網(wǎng)間僅通過(guò)一個(gè) VSR相連，該VSR—方面要承擔(dān)傳送有功功率的任務(wù)，即維持直流母線電壓的穩(wěn)定，另一方面還要應(yīng)對(duì)電網(wǎng)提出的電壓調(diào)整、無(wú)功支撐等任務(wù)，由于單個(gè)VSR的過(guò)流能力不可能很強(qiáng)， 調(diào)節(jié)能力也相當(dāng)有限，很難滿足電網(wǎng)的這些要求。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在幾年前曾一度占主要風(fēng)電市場(chǎng)，其關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)在于僅需要轉(zhuǎn)差功率的變流器，能“以小搏大”，降低了變流器的成本；具有更靈活的功率因素和電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)能力，不僅可以通過(guò)網(wǎng)側(cè)變流器調(diào)節(jié)無(wú)功，也可以通過(guò)機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)無(wú)功，以及穩(wěn)定定子電壓。但是，它需要大功率的齒輪箱，可維護(hù)性差，需要較高的切入風(fēng)速，并且在風(fēng)速過(guò)高、電網(wǎng)電壓跌落或電壓不平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子將感應(yīng)較高的端電壓而容易損耗變流器的功率管 (雙饋電機(jī)定子電流波形見(jiàn)圖5，雙饋?zhàn)兞髌鳚M功率運(yùn)行功率管溫升曲線見(jiàn)圖6 )。從以上分析可知，直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)各具優(yōu)缺點(diǎn)。本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種直驅(qū)同步電機(jī)和雙饋感應(yīng)電機(jī)互補(bǔ)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，盡可能地綜合直驅(qū)和雙饋的一些優(yōu)點(diǎn)，而彌補(bǔ)相互的不足，能更好地把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種直驅(qū)同步電機(jī)與雙饋感應(yīng)電機(jī)互補(bǔ)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 其技術(shù)方案是
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括至少一臺(tái)直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和至少一臺(tái)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一臺(tái)并網(wǎng)變流器，每一直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和每一雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有各自的機(jī)側(cè)變流器，將其發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電流整流成直流電流，所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器的輸出端共同并聯(lián)在并網(wǎng)變流器輸入端的直流母線上，將所有直流電流匯流，由并網(wǎng)變流器將匯流后的直流電流逆變成工頻交流電流，并入電網(wǎng)。該機(jī)組配有LC濾波器，該LC濾波器的一端連接并網(wǎng)變流器的輸出端，另一端連接電網(wǎng)，所述工頻交流電流經(jīng)LC濾波器濾波后，再并入電網(wǎng)。該機(jī)組配有直流鏈電容，該直流鏈電容并接在并網(wǎng)變流器輸入端的直流母線上。每一直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有du/dt濾波器，該du/dt濾波器的一端連接同步發(fā)電機(jī)的定子繞組，另一端連接該直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的輸入端；每一雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有du/dt濾波器，該du/dt濾波器的一端連接感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，另一端連接該雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的輸入端。所述直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總裝機(jī)功率約等于雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總裝機(jī)功率。所述直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)場(chǎng)相間布置，使兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的受風(fēng)量及發(fā)出的電功率大致相當(dāng)。本發(fā)明的技術(shù)效果如下
1、開關(guān)損耗降低，發(fā)電效率提高。由于雙饋電機(jī)需要吸收的功率與永磁電機(jī)發(fā)出的功率可以在直流側(cè)抵消，這樣為并網(wǎng)變流器降低了大概兩倍轉(zhuǎn)差功率的負(fù)擔(dān)。變流器的功率器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，其熱損耗是不容忽視的。功率器件的熱損耗是限制器件功率做大的最難以克服的問(wèn)題之一，即便目前很多廠家采樣先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，先進(jìn)的散熱技術(shù)，也常在大功率時(shí)遇到瓶頸。附圖6給出目前某風(fēng)場(chǎng)大規(guī)模使用的一款變流器的高低溫試驗(yàn)結(jié)果，各模塊溫升基本上都30度以上。溫升和發(fā)熱很容易損壞價(jià)格昂貴的功率器件。采用直驅(qū)同步電機(jī)和雙饋感應(yīng)電機(jī)功率互補(bǔ)控制技術(shù)，在雙饋電機(jī)亞同步工作時(shí)，降低了 2倍轉(zhuǎn)差功率的能量交換。就按0. 2的轉(zhuǎn)差率計(jì)算，5%的開關(guān)損耗計(jì)算，在亞同步狀態(tài)下可以降低整個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)容量的2、的熱損耗，這是非?？捎^的。2、需要硬件較少，具有成本優(yōu)勢(shì)。對(duì)比附圖1和附圖2可知，該系統(tǒng)與發(fā)出同等功率的直驅(qū)和雙饋分別發(fā)電的系統(tǒng)相比，減少一個(gè)VSR、一個(gè)直流電容陣等電氣設(shè)備，降低了系統(tǒng)成本和變流器的體積。如果單獨(dú)設(shè)計(jì)一臺(tái)雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和一臺(tái)直驅(qū)同步風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，最少要4個(gè)VSR。在大功率逆變器價(jià)格昂貴的今天，這樣的節(jié)省是可觀的。另外，LC濾波回路、斷路器等保護(hù)回路等器件也可以節(jié)省一些。當(dāng)然，在電氣元件方面，需要考慮直驅(qū)與雙饋互補(bǔ)系統(tǒng)所要使用的電纜是否會(huì)比單獨(dú)發(fā)電的系統(tǒng)會(huì)多。這一點(diǎn)可以通過(guò)將雙饋風(fēng)機(jī)和直驅(qū)風(fēng)機(jī)裝得比較近來(lái)避免，一般風(fēng)資源比較豐富的地方，一兩百米內(nèi)裝兩臺(tái)風(fēng)機(jī)完全是可行的。3、控制靈活度增加，電網(wǎng)適應(yīng)性變強(qiáng)。該系統(tǒng)3個(gè)VSR共母線連接，比單獨(dú)的雙饋或直驅(qū)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)多了一個(gè)可控元件，控制自由度多了一個(gè)，互補(bǔ)控制性增強(qiáng)。電網(wǎng)適應(yīng)性增強(qiáng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一，處理電網(wǎng)故障的能力增強(qiáng)。如技術(shù)方案中所述，在電網(wǎng)故障時(shí)，3個(gè)VSR可以互相配合，共同為電網(wǎng)提供有功和無(wú)功支持的同時(shí)又能避免能量的無(wú)處釋放而損害發(fā)電系統(tǒng)。第二，入網(wǎng)電流的諧波含量會(huì)降低。下表一為某型號(hào)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)入網(wǎng)電網(wǎng)的諧波測(cè)試數(shù)據(jù)。同步轉(zhuǎn)速為1500rpm，從表中可看出，越是亞同步越是諧波含量高，這是因?yàn)閬喭綍r(shí)入網(wǎng)電流的成分中并網(wǎng)變流器占據(jù)得多而定子入網(wǎng)電流少。并網(wǎng)變流器的入網(wǎng)電流是由開關(guān)調(diào)制出來(lái)，諧波含量較高，如附圖4所示，而定子電流是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓產(chǎn)生的電流，電機(jī)電感較大而諧波電流就小，如附圖5所示。這里提出的直驅(qū)同步與雙饋感應(yīng)互補(bǔ)的發(fā)電機(jī)正好可以做到在亞同步狀態(tài)下入網(wǎng)電流主要經(jīng)過(guò)定子，而甚少經(jīng)過(guò)并網(wǎng)變流器，因此可以降低入網(wǎng)電流的諧波。
表1、某型號(hào)1. 5麗雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)入網(wǎng)電流的諧波測(cè)試
轉(zhuǎn)速THD3次5次7次9次3 次38次46次rpm(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)12007.55.63.31.00. 80.50.510.714004.484.02.680.510.522.050.880.516001.S41.611.580.480.250.1S0.20.2318000.930.850.710.160.110.230.10.1
總之，該系統(tǒng)具有不少優(yōu)點(diǎn)，需要在實(shí)際開發(fā)和應(yīng)用中進(jìn)一步的挖掘和提高。
圖1直驅(qū)同步電機(jī)與雙饋感應(yīng)電機(jī)互補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖。圖2直驅(qū)同步電機(jī)與雙饋感應(yīng)電機(jī)獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3-1并網(wǎng)變流器VSRl直流電壓控制原理圖。圖3-2直驅(qū)側(cè)VSR2功率控制原理圖。圖3-3雙饋側(cè)VSR3功率控制原理圖。圖4并網(wǎng)變流器入網(wǎng)電流波形。圖5雙饋電機(jī)定子電流波形。圖6雙饋?zhàn)兞髌鳚M功率運(yùn)行功率管溫升曲線。
具體實(shí)施例方式下面以一臺(tái)直驅(qū)同步電機(jī)與一臺(tái)雙饋感應(yīng)電機(jī)互補(bǔ)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。參見(jiàn)圖1，機(jī)組包括一臺(tái)直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMSG和一臺(tái)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī) DFIG，一臺(tái)LC濾波器，一臺(tái)并網(wǎng)變流器VSR1，一組直流鏈電容C ；所述LC濾波器的一端連接并網(wǎng)變流器VSRl的輸出端，另一端連接電網(wǎng)，所述直流鏈電容C并接在并網(wǎng)變流器VSRl輸入端的直流母線上；直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有各自的機(jī)側(cè)變流器 VSR2、VSR3，將其發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電流整流成直流電流，所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器的輸出端共同并聯(lián)在并網(wǎng)變流器輸入端的直流母線上，將所有直流電流匯流，由并網(wǎng)變流器將匯流后的直流電流逆變成工頻交流電流，再經(jīng)LC濾波器濾波，并入電網(wǎng)。直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)配有L濾波器(du/dt濾波器)，該L濾波器的一端連接同步發(fā)電機(jī)的定子繞組，另一端連接該直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的輸入端；雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)配有L濾波器(du/dt濾波器)，該L濾波器的一端連接感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，另一端連接該雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的輸入端。圖1中其它部件是KM1為VSRl并網(wǎng)接觸器，KM2為直流軟啟充電接觸器，KM3為雙饋并網(wǎng)接觸器。QFl和QF2為斷路器。根據(jù)本發(fā)明的基本思路，直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)可多臺(tái)并聯(lián)，只要兩種機(jī)型的總功率基本平衡，并在風(fēng)場(chǎng)可相間布置，使兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的受風(fēng)量及發(fā)出的電功率大致相當(dāng)，即可獲得很好的互補(bǔ)效果。該機(jī)組由直驅(qū)同步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)組合和優(yōu)化而成。限于篇幅，涉及到它們單獨(dú)的各部件的設(shè)計(jì)就不詳細(xì)講解了，參見(jiàn)這兩類風(fēng)力發(fā)電機(jī)主流的機(jī)型設(shè)計(jì)即可。這里僅考慮這兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)如何組合的問(wèn)題。(1)布置與安裝。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)應(yīng)間隔合適的距離進(jìn)行安裝。以風(fēng)輪半徑35米的1.5麗雙饋風(fēng)機(jī)和風(fēng)輪半徑40米的1. 5麗直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)需相距75米以上。 主控和變槳系統(tǒng)應(yīng)每臺(tái)都有，放在機(jī)艙上。變流器系統(tǒng)由3個(gè)VSR做成，放在其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)的塔筒底下。(2)主要元器件的選型。與直驅(qū)同步電機(jī)相連的逆變器按直驅(qū)同步電機(jī)的全功率選型，與雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子相連的逆變器按雙饋電機(jī)允許工作的最大轉(zhuǎn)差功率選型。并網(wǎng)逆變器及其前端LC濾波器和直流母線電容按直驅(qū)電機(jī)的全功率加上雙饋電機(jī)的最大轉(zhuǎn)差功率選型。(3)啟停機(jī)流程。直驅(qū)與雙饋互補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電氣連接圖如圖1所示。三個(gè)VSR 共用直流母線。圖中KMl為VSRl并網(wǎng)接觸器，KM2為直流軟啟充電接觸器，KM3為雙饋并網(wǎng)接觸器。啟機(jī)時(shí)，先閉合主斷路器QF1，然后閉合直流軟啟充電接觸器KM2，待充電到一定電壓，閉合KM1，啟動(dòng)VSRl的控制，進(jìn)行直流調(diào)制，使得直流電壓穩(wěn)定在一定值。然后分別根據(jù)風(fēng)速情況開啟直驅(qū)電機(jī)或雙饋電機(jī)。開啟直驅(qū)電機(jī)需閉合斷路器QF2，開啟VSR2的功率控制。開啟雙饋電機(jī)需首先通過(guò)VSR3控制定子的端電壓與電網(wǎng)電壓完全一致，再合上KM3， 利用VSR3進(jìn)行雙饋電機(jī)定子的功率控制。停機(jī)時(shí)，先變槳使得直驅(qū)或雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，到切出轉(zhuǎn)速時(shí)，封鎖VSR2和VSR3，待直驅(qū)電機(jī)定子電流低于值斷開QF1，待雙饋電機(jī)定子電流低于一定值斷開并網(wǎng)接觸器KM3，然后封鎖并網(wǎng)逆變器VSR1，最后跳開斷路器QF1。直驅(qū)、雙饋、電網(wǎng)之間的互補(bǔ)控制技術(shù)之實(shí)現(xiàn)
變流器系統(tǒng)的控制是通過(guò)VSRl，VSR2，VSR3三個(gè)電壓源型整流/逆變器實(shí)現(xiàn)。每個(gè) VSR需要一塊數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片，進(jìn)行信號(hào)的采樣、處理、以及產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào)。并網(wǎng)變流器VSRl的DSP芯片所需要采樣的模擬信號(hào)有電網(wǎng)三相電壓、逆變器出口端的三相電流，直流母線電壓。通過(guò)控制直流母線電壓達(dá)到間接功率控制的目的。VSRl采用內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)直流鏈電壓控制的雙閉環(huán)PI控制策略。采樣矢量控制方法，三相電壓和電流通過(guò)Park變換，變換到電網(wǎng)電壓定向的dq坐標(biāo)系中。在電網(wǎng)電壓定向下，實(shí)現(xiàn)了直流電壓控制和無(wú)功功率控制的解耦。內(nèi)環(huán)d軸電流的給定由直流電壓環(huán)的PI輸出提供， 而q軸電流的給定由所需發(fā)出的無(wú)功功率決定。根據(jù)控制電壓，采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)技術(shù)，DSP芯片發(fā)出調(diào)制信號(hào)，控制網(wǎng)側(cè)IGBT的開關(guān)占空比。并網(wǎng)變流器VSRl 的控制原理圖如圖3-1所示。直驅(qū)側(cè)變流器VSR2的DSP芯片需要采樣的模擬信號(hào)有定子三相電流，定子三相電壓(或根據(jù)轉(zhuǎn)速估計(jì)出來(lái))，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。采用內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)定子功率控制的雙閉環(huán)PI控制策略。矢量空間采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)定子有功功率和定子磁鏈的解耦控制。內(nèi)環(huán)q 軸電流的給定由功率環(huán)的PI輸出提供，而d軸電流的給定設(shè)定為零，或按無(wú)功功率的需要進(jìn)行給定。外環(huán)有功功率的給定由主控根據(jù)最近功率曲線決定。功率環(huán)的反饋為發(fā)電機(jī)定子發(fā)出的功率。根據(jù)控制電壓，采用SVPWM技術(shù)，DSP芯片發(fā)出調(diào)制信號(hào)，控制機(jī)側(cè)IGBT的開關(guān)占空比。直驅(qū)側(cè)變流器VSR2的控制原理圖如圖3-2所示。
雙饋側(cè)變流器VSR3也采用內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)定子功率控制的雙閉環(huán)PI控制策略。矢量空間采用定子電壓定向，實(shí)現(xiàn)定子有功功率和無(wú)功功率的解耦控制。內(nèi)環(huán)d軸電流的給定由功率環(huán)的PI輸出提供，而q軸電流的給定設(shè)定為零或按電網(wǎng)的無(wú)功需要給定。 外環(huán)有功功率的給定由主控?fù)?jù)功率曲線折算到定子側(cè)的值決定。功率環(huán)的反饋為發(fā)電機(jī)定子發(fā)出的功率。根據(jù)控制電壓，采用SVPWM技術(shù)，DSP芯片發(fā)出調(diào)制信號(hào)，控制機(jī)側(cè)IGBT的開關(guān)占空比。直驅(qū)側(cè)變流器VSR2的控制原理圖如圖3-3所示。
通過(guò)三個(gè)VSR的分別控制，實(shí)現(xiàn)了直驅(qū)、雙饋、電網(wǎng)間的功率互補(bǔ)控制。當(dāng)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子需要吸收功率時(shí)，直驅(qū)電機(jī)發(fā)到直流母線上的功率可以補(bǔ)給雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子，然后通過(guò)雙饋電機(jī)的定子繞組傳到電網(wǎng)。當(dāng)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)出過(guò)多的功率到直流母線上時(shí)， 直驅(qū)電機(jī)可將自己發(fā)出的功率控制得小些，使得直驅(qū)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，把直流母線上的能量轉(zhuǎn)化為直驅(qū)轉(zhuǎn)子上的動(dòng)能?？傊?，該系統(tǒng)可以根據(jù)工況靈活控制直驅(qū)、雙饋、電網(wǎng)間的功率，以達(dá)到期望的效果。
本發(fā)明的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與一般雙饋電機(jī)相比，最好做成亞同步轉(zhuǎn)速下發(fā)出功率比較高的。為避免多級(jí)高速齒輪箱的故障，該電機(jī)轉(zhuǎn)軸經(jīng)一個(gè)齒輪與風(fēng)機(jī)葉片相連即可。定子三相線路通過(guò)并網(wǎng)接觸器KM3與電網(wǎng)三相線路相連(之間裝一斷路器起保護(hù)作用)。 雙饋感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子三相線路經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)端過(guò)電壓抑制濾波器(du/dt濾波器)與VSR3相連，該濾波器為電機(jī)驅(qū)動(dòng)中常用的，為了防止電壓在電纜線路中反射而產(chǎn)生電機(jī)端過(guò)電壓。 VSR3負(fù)責(zé)給雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的頻率以適應(yīng)電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，跟蹤功率曲線，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)力利用。
直驅(qū)同步電機(jī)轉(zhuǎn)子可為永磁體或者由勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁，極對(duì)數(shù)宜多些，轉(zhuǎn)子軸半徑宜大些，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，可以存儲(chǔ)一定的動(dòng)能。定子三相繞組經(jīng)一個(gè)du/dt濾波器與逆變器VSR2相連。VSR2負(fù)責(zé)控制直驅(qū)同步電機(jī)跟蹤最佳功率曲線。
并網(wǎng)變流器VSRl負(fù)責(zé)控制中間的直流母線電壓。直驅(qū)同步電機(jī)定子發(fā)出的能量傳遞到直流母線，雙饋感應(yīng)電機(jī)在超同步速時(shí)轉(zhuǎn)子回饋轉(zhuǎn)差能量也傳遞到直流母線，因此直流母線電容陣的選型以及VSRl前端LC濾波器的選型宜按兩者之和選取。
直驅(qū)、雙饋、電網(wǎng)間的互補(bǔ)控制技術(shù)對(duì)于變流器系統(tǒng)的控制，包括并網(wǎng)變流器VSR1，同步側(cè)逆變器VSR2，雙饋側(cè)逆變器 VSR3各需要一塊控制電路板，另外還需要一塊通訊板負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)三個(gè)VSR之間的通信，以及負(fù)責(zé)和兩臺(tái)風(fēng)機(jī)主控之間的通信。
3個(gè)VSR均采用矢量控制，電壓和電流瞬時(shí)采樣信號(hào)經(jīng)坐標(biāo)變換到dq坐標(biāo)系下進(jìn)行解耦控制。并網(wǎng)變流器采用電網(wǎng)電壓定向，實(shí)現(xiàn)直流電壓控制和無(wú)功功率控制的解耦；同步側(cè)逆變器采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)有功功率和磁鏈的解耦控制；雙饋側(cè)逆變器采用定子電壓定向，實(shí)現(xiàn)定子發(fā)出有功和無(wú)功的解耦控制。
正常運(yùn)行時(shí)，VSR2，VSR3分別實(shí)現(xiàn)在不同風(fēng)速實(shí)下的最佳功率跟蹤。風(fēng)速較小時(shí)，啟動(dòng)同步電機(jī)。等到雙饋電機(jī)的切入風(fēng)速時(shí)，啟動(dòng)雙饋電機(jī)，雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子需要的功率直接由直流母線提供，也就是說(shuō)可以由同步電機(jī)發(fā)出的功率而來(lái)。也就是說(shuō)，同步電機(jī)所發(fā)出的全功率，一部分經(jīng)過(guò)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子傳遞到定子再入網(wǎng)，多余的部分才通過(guò)并網(wǎng)變流器 VSRl進(jìn)入電網(wǎng)。雙饋電機(jī)的定子一方面發(fā)出雙饋電機(jī)本身吸收的風(fēng)能，另一方面也發(fā)出部分同步電機(jī)吸收的風(fēng)能。另外，雙饋電機(jī)的定子還可以更加電網(wǎng)需要發(fā)出無(wú)功功率。風(fēng)速過(guò)大時(shí)，同步電機(jī)和雙饋電機(jī)都工作在較高的轉(zhuǎn)速，雙饋電機(jī)的定子和并網(wǎng)變流器同時(shí)向電網(wǎng)輸出功率。總之，通過(guò)3個(gè)逆變器的互相配合，靈活地實(shí)現(xiàn)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的功能。
在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，如電網(wǎng)電壓突然跌落或電網(wǎng)電壓突然抬升等，雙饋電機(jī)定子發(fā)不出很大的功率，剩余功率可以經(jīng)過(guò)直流母線逆變到同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子動(dòng)能上，或在直流母線上并聯(lián)卸能裝置將能量消耗。并網(wǎng)逆變器和同步電機(jī)處理電網(wǎng)故障的能力比較強(qiáng)，雙饋電機(jī)由于定子直接與電網(wǎng)相連，定子磁鏈會(huì)發(fā)生震蕩而導(dǎo)致電流的震蕩過(guò)程。雙饋電機(jī)在故障穿越能力上的不足正好可以由同步電機(jī)和并網(wǎng)變流器來(lái)提供幫助。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括至少一臺(tái)直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和至少一臺(tái)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一臺(tái)并網(wǎng)變流器，每一直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和每一雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有各自的機(jī)側(cè)變流器，將其發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電流整流成直流電流，所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器的輸出端共同并聯(lián)在并網(wǎng)變流器輸入端的直流母線上，將所有直流電流匯流，由并網(wǎng)變流器將匯流后的直流電流逆變成工頻交流電流，并入電網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，該機(jī)組配有LC濾波器，該LC濾波器的一端連接并網(wǎng)變流器的輸出端，另一端連接電網(wǎng)，所述工頻交流電流經(jīng)LC濾波器濾波后，再并入電網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，該機(jī)組配有直流鏈電容，該直流鏈電容并接在并網(wǎng)變流器輸入端的直流母線上。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，每一直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有 du/dt濾波器，該du/dt濾波器的一端連接同步發(fā)電機(jī)的定子繞組，另一端連接該直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的輸入端；每一雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有du/dt濾波器，該du/dt濾波器的一端連接感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，另一端連接該雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器的輸入端。
5.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總裝機(jī)功率約等于雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總裝機(jī)功率。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)場(chǎng)相間布置，使兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的受風(fēng)量及發(fā)出的電功率大致相當(dāng)。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括至少一臺(tái)直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和至少一臺(tái)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一臺(tái)并網(wǎng)變流器，每一直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)和每一雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)均配有各自的機(jī)側(cè)變流器，將其發(fā)電機(jī)發(fā)出的低頻交流電流整流成直流電流，所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器的輸出端共同并聯(lián)在并網(wǎng)變流器輸入端的直流母線上，將所有直流電流匯流，由并網(wǎng)變流器將匯流后的直流電流逆變成工頻交流電流，并入電網(wǎng)。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102522777SQ20111044426
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者劉紅, 蔣馳雷, 閔澤生, 陳建國(guó) 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司, 四川東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司