專利名稱：一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)本實用新型涉及的是一種適用于變速運行的風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，主要運用在感應(yīng)式異步發(fā)電機、永磁或電勵磁式同步發(fā)電機上。本實用新型尤其適用于海上風(fēng)電系統(tǒng)。大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)普遍采用的是變速變槳距控制技術(shù)，即隨著風(fēng)速的大小變化，采用不同的槳距角和葉輪速度，從而達到對風(fēng)能的最大可能獲取并保證大風(fēng)時的風(fēng)機安全的控制策略。在低風(fēng)速段使用定槳距、變轉(zhuǎn)矩、變轉(zhuǎn)速運行，而在高風(fēng)速段采用變槳距、定轉(zhuǎn)矩、近似定轉(zhuǎn)速運行。在傳動鏈上劃分有帶大增速比的高速電機結(jié)構(gòu)、小增速比的中速電機準(zhǔn)直驅(qū)或半直驅(qū)結(jié)構(gòu)，以及無齒輪箱的直驅(qū)低速電機結(jié)構(gòu)。隨著生產(chǎn)制造的實踐和技 術(shù)發(fā)展，風(fēng)機葉輪直徑不斷增加，發(fā)電功率也隨之增加。伴隨風(fēng)電的大功率化、規(guī)?；l(fā)展，并網(wǎng)送出型日漸成為主流的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。目前在用的發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)方案主要有三種1001dr800kW等級的異步發(fā)電機直接并網(wǎng)發(fā)電，兆瓦級的雙饋感應(yīng)電動機配套部分功率變頻器并網(wǎng)發(fā)電和變速電機配套全功率變頻器并網(wǎng)發(fā)電。下面簡述這三種發(fā)電原理的差別。A.異步感應(yīng)式發(fā)電機發(fā)電原理如圖5-6所示，圖5中motor是電動機曲線，generator是異步發(fā)電機曲線，在風(fēng)輪機被風(fēng)吹動，通過齒輪箱讓異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η超過發(fā)電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速1 時,進入超同步發(fā)電運行狀態(tài),其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差11- 近似成正比，從而實現(xiàn)在一個近似不變的轉(zhuǎn)速范圍里，自動調(diào)節(jié)發(fā)電功率，且能實現(xiàn)自動穩(wěn)定。該方案在功率調(diào)節(jié)運行時需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，因而早期的風(fēng)場要為此配套昂貴而復(fù)雜的無功補償系統(tǒng)，以平衡發(fā)電需要的無功功率穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。該方案發(fā)電轉(zhuǎn)速范圍太窄，在低風(fēng)速時不能運行在最佳翼尖速比下，導(dǎo)致系統(tǒng)效率不高，動態(tài)無功控制能力很弱，速度較慢，目前正在淡出市場。B.雙饋式感應(yīng)發(fā)電機采用一個繞線轉(zhuǎn)子，通過變頻器控制轉(zhuǎn)子電流的大小和相位，進行交流勵磁，實現(xiàn)定子、轉(zhuǎn)子雙路饋出能量，可在變速條件下，定頻并網(wǎng)，如圖7所示。該方案的優(yōu)點是配套的變頻器功率小，在變速范圍自IOOOrpm到2000rpm的情況下，變頻器只要并網(wǎng)功率的四分之一即可，在電力電子技術(shù)不很成熟的情況下，是一種很好的解決方案。特別是變頻器的功率小，使得總體的發(fā)電效率得到提高。但是在新的電網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)下，諸如低電壓穿越LVRT或故障穿越FRT，該方案很難滿足全部要求，對電網(wǎng)故障時的支持能力弱。它有變頻器廉價的優(yōu)勢，但是存在電機轉(zhuǎn)子需要一個大電流的電刷和滑環(huán)配電，維護工作量大。C.全功率變頻器配套異步電機或同步電機的方案是將風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的變壓、變頻的交流電通過變換成直流再經(jīng)穩(wěn)壓而后逆變成交流電并網(wǎng)。該方案可以滿足嚴(yán)苛的電網(wǎng)接入條件和LVRT要求，但是需要的變頻器容量要大于風(fēng)機并網(wǎng)輸出總功率，設(shè)備造價高。同時在小功率輸出時，往往諧波絕對值偏大，且因全部電能均要經(jīng)過電力電子變換帶來了系統(tǒng)總效率的損失。尋找一種變頻器廉價，又能滿足電網(wǎng)接入條件，系統(tǒng)可靠性高的電路拓撲結(jié)構(gòu)，一直是廣大風(fēng)電研究者的努力目標(biāo)。本實用新型克服了前述技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、造價相對低廉，使用分段控制的變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其根據(jù)不同的功率段控制變頻器在逆變并網(wǎng)與靜止無功發(fā)生器模式之間進行切換運行，其既適合于岸上型也適合海上型風(fēng)力發(fā)電機，適用于并網(wǎng)型也適用于離網(wǎng)型，同時也可推廣應(yīng)用到其它基于發(fā)電機的分布式能源系統(tǒng)，如艦船設(shè)備上的柴電混合動力系統(tǒng)的柴油發(fā)電機設(shè)備等。為實現(xiàn)前述目的，本實用新型采用了下列技術(shù)方案一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，包括有與風(fēng)輪機7連接的三相發(fā)電機6·和與電網(wǎng)4連接的并網(wǎng)變壓器5，所述三相發(fā)電機6定子三相發(fā)電繞組輸出端與并網(wǎng)變壓器5之間連接有基于全控功率器件構(gòu)成共用母線結(jié)構(gòu)的能量雙向流動的脈寬調(diào)制控制的雙PWM變頻器1，所述雙PWM變頻器I為三相輸入輸出結(jié)構(gòu)，所述雙PWM變頻器I兩端并聯(lián)有基于機械開關(guān)配合晶閘管或帶同步開關(guān)功能的并網(wǎng)開關(guān)2，所述雙PWM變頻器I包括有順次連接的電機側(cè)變頻器11和電網(wǎng)側(cè)變頻器12，所述電機側(cè)變頻器11輸入端各線與并網(wǎng)開關(guān)2輸入端各線對應(yīng)連接后與三相發(fā)電機6三相發(fā)電繞組輸出端對應(yīng)連接，所述電網(wǎng)側(cè)變頻器12輸出端各線與并網(wǎng)開關(guān)2輸出端各線對應(yīng)連接后連接在并網(wǎng)變壓器5上，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)還包括有用于控制雙PWM變頻器I逆變并網(wǎng)或者運行在靜止無功發(fā)生器模式的控制器3，所述控制器3分別與雙PWM變頻器I控制門極、并網(wǎng)開關(guān)2控制端連接，所述控制器3上還連接有用于檢測發(fā)電機輸出的三相電流電壓、并網(wǎng)開關(guān)2靠電機側(cè)三相電流和并網(wǎng)變壓器5 二次側(cè)三相電流電壓的電量檢測模塊31。作為優(yōu)化，所述雙PWM變頻器I為基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的兩電平雙PWM變頻器。作為優(yōu)化，所述雙PWM變頻器I為基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的三電平雙PWM變頻器。所述并網(wǎng)開關(guān)2包括有第一晶閘管21、第二晶閘管22、斷路器23，所述第一晶閘管21門極、第二晶閘管22門極和斷路器23控制端分別與控制器3連接，所述第一晶閘管21與第二晶閘管22反并聯(lián)后與斷路器23并聯(lián)連接。一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括有如下步驟電量檢測模塊31實時檢測發(fā)電機輸出的三相電流電壓、并網(wǎng)開關(guān)2靠電機側(cè)三相電流和并網(wǎng)變壓器5 二次側(cè)三相電流電壓，控制器3計算有功無功，并控制并網(wǎng)開關(guān)的通斷和雙PWM變頻器在不同功率段下工作模式的切換；低風(fēng)速小功率段，控制器3控制并網(wǎng)開關(guān)⑵斷開，電機側(cè)變頻器11以全功率力矩控制方式進行風(fēng)輪機的最佳尖速比控制運行獲取最大風(fēng)能，將發(fā)電機變速運行得到的變壓變頻的交流電能轉(zhuǎn)化成直流電能；電網(wǎng)側(cè)變頻器12把該直流電能變化成定頻、定壓交流電送入電網(wǎng)；高風(fēng)速大功率段，控制器3控制并網(wǎng)開關(guān)2閉合，由發(fā)電機的三相發(fā)電繞組輸出端直接輸出，實現(xiàn)異步感應(yīng)發(fā)電機的超同步運行或永磁、電勵磁同步發(fā)電機的同步并網(wǎng)運行，所有發(fā)電機的有功通過并網(wǎng)開關(guān)2直接送入電網(wǎng)；而被并網(wǎng)開關(guān)2短路并網(wǎng)到并網(wǎng)變壓器5 二次側(cè)的電機側(cè)變頻器11和電網(wǎng)側(cè)變頻器12實現(xiàn)并聯(lián)運行，控制器3控制該雙PWM變頻器I運行在追蹤電網(wǎng)電壓的靜止無功發(fā)生器模式進行風(fēng)電單機的無功調(diào)節(jié)。本實用新型的有益效果是I、使用本實用新型所示的電路結(jié)構(gòu)，可以讓風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用結(jié)構(gòu)簡單，制造容易的通用型鼠籠轉(zhuǎn)子異步電機，可大大降低風(fēng)電設(shè)備制造成本，但是又可以獲得與全功率變頻幾乎一致的轉(zhuǎn)速使用范圍，從而提高系統(tǒng)發(fā)電效率；2、使用本實用新型可以使用準(zhǔn)直驅(qū)和高速永磁機，從而減少設(shè)備的重量，減少風(fēng)機系統(tǒng)造價，不但具有全功率系統(tǒng)的最大功率跟蹤可能性，還因為在大功率部分使用了電機直接并網(wǎng)，提高了總的發(fā)電效率，與全功率變頻器并網(wǎng)相比，設(shè)備造價大大降低；3、使用本實用新型可以使永磁發(fā)電機系統(tǒng)只擔(dān)負有功輸出任務(wù)，而變頻器系統(tǒng)可以提供比全功率變頻更寬的無功調(diào)節(jié)范圍，增強風(fēng)電場的單機無功操作能力，對風(fēng)電接入穩(wěn)定性提供更多支撐；4、使用本實用新型配套的異步發(fā)電機，可以使用低轉(zhuǎn)子電阻結(jié)構(gòu)，提高發(fā)電機部分的效率，且在電機異步并網(wǎng)的大功率段，運行在靜止無功發(fā)生器模式下的變頻器可以提供接近三分之二額定容量的無功勵磁，超過了異步發(fā)電的無功需求，還可以外送約六分之一容量的無功給電網(wǎng)提供支撐，減少了風(fēng)電場的無功配置需求；5、本實用新型的拓撲結(jié)構(gòu)與雙饋發(fā)電系統(tǒng)采用同樣形式和容量的變頻器，但是不需電機采用滑環(huán)結(jié)構(gòu)，也不需要電機使用繞線轉(zhuǎn)子，卻能提供比雙饋更寬的轉(zhuǎn)速使用范圍，從而可以讓風(fēng)機更多運行在最佳翼尖速比的高效率下，能在更低的系統(tǒng)造價基礎(chǔ)上，獲得更好的風(fēng)機功率曲線6、使用本實用新型，可以讓海上風(fēng)電系統(tǒng)，使用高速永磁發(fā)電機、低轉(zhuǎn)子電阻鼠籠轉(zhuǎn)子異步電機，在滿足苛刻的并網(wǎng)規(guī)則條件下，獲得較低的安裝成本和使用、維護成本，提升海上風(fēng)電的競爭力。圖I是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型使用的兩電平雙PWM變頻器示意圖。圖3是本實用新型使用的三電平雙PWM變頻器示意圖。圖4是本實用新型使用的并網(wǎng)開關(guān)電路結(jié)構(gòu)圖。圖5是異步發(fā)電機原理圖。圖6是異步發(fā)電機并網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)圖。圖7是雙饋異步發(fā)電機并網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)圖。圖8是全功率不控整流變頻器并網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)圖。圖9是全功率雙PWM變頻器并網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)圖。

圖10是本實用新型與一般方法的功率曲線對比。圖11是某型葉片不同槳距角和翼尖速比下的風(fēng)能利用系數(shù)。圖12是本實用新型的控制方法邏輯框圖。[具體實施方式
]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式作進一步詳細的描述本實用新型如圖I所示，一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于包括有與風(fēng)輪機7連接的三相發(fā)電機6和與電網(wǎng)4連接的并網(wǎng)變壓器5，所述三相發(fā)電機6定子三相發(fā)電繞組輸出端與并網(wǎng)變壓器5之間連接有基于全控功率器件構(gòu)成共用母線結(jié)構(gòu)的能量雙向流動的脈寬調(diào)制控制的雙PWM變頻器1，所述雙PWM變頻器I為三相輸入輸出結(jié)構(gòu)，所述雙PWM變頻器I兩端并聯(lián)有基于機械開關(guān)配合晶閘管或帶同步開關(guān)功能的并網(wǎng)開關(guān)2，所述雙PWM變頻器I包括有順次連接的電機側(cè)變頻器11和電網(wǎng)側(cè)變頻器12，所述電機側(cè)變頻器11輸入端各線與并網(wǎng)開關(guān)2輸入端各線對應(yīng)連接后與三相發(fā)電機6三相發(fā)電繞組輸出端對應(yīng)連接，所述電網(wǎng)側(cè)變頻器12輸出端各線與并網(wǎng)開關(guān)2輸出端各線對應(yīng)連接后連接在并網(wǎng)變壓器5上，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)還包括有用于控制雙PWM變頻器I逆變并網(wǎng)或者運行在靜止無功發(fā)生器模式的控制器3，所述控制器3分別與雙PWM變頻器I控制門極、并網(wǎng)開關(guān)2控制端連接?！0039]所述控制器3上連接有用于檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)速和發(fā)電系統(tǒng)有功無功的電量檢測模塊31，取得三相發(fā)電機6輸出端的三相電壓ul、電流il，并網(wǎng)開關(guān)2的三相電流i2，并網(wǎng)變壓器5的三相電壓u3、電流i3，通過這些參數(shù)的檢測，可以求得三相發(fā)電機6的輸出功率，雙PWM變頻器I的有功、無功和并網(wǎng)的有功、無功等參數(shù)。風(fēng)力發(fā)電機葉輪獲得的風(fēng)能按以下公式計算^ = — (\,ρ.4υ'
2ρ式中Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，A為掃風(fēng)面積，υ為風(fēng)速。某型葉片在不同槳距角下的設(shè)計Cp值，如圖11所示的風(fēng)能利用系數(shù)與翼尖速比傳坐標(biāo)圖，圖中是漿角自O(shè)度到20度變化對風(fēng)能系統(tǒng)的影響，根據(jù)該曲線簇，可以求得永磁發(fā)電機配套全功率變頻器條件下，使用最大風(fēng)能獲取控制策略，在不同風(fēng)速時的功率，即風(fēng)機功率曲線，如圖10的線b所示，針對此功率曲線，本實用新型使用的變頻器容量只要額定值的三分之一即可。本實施例假若原來的全功率變頻器配套此風(fēng)機需要3000kW/3300kVA，本實用新型使用的雙PWM變頻器I僅需要 IOOOkW/11OOkVA。本實施例中指定在發(fā)電機輸出的有功低于IOOOkW時為低風(fēng)速小功率段，這時并網(wǎng)開關(guān)2處于斷開位置，發(fā)電機前端輸出電路輸出端6接到電機側(cè)變頻器11上，經(jīng)過“全功率”變換并網(wǎng)，獲得與一般全功率變頻器并網(wǎng)一樣的性能。從圖10可以看到，IOOOkW涵蓋了 8. 5m/s以下的風(fēng)速范圍，這是一年中大約三分之二時間以上的風(fēng)速。本實施例中指定在發(fā)電機輸出的有功功率大于IOOOkW時為高風(fēng)速大功率段，控制器3的電壓電流檢測模塊31實時監(jiān)測到功率的變化，將雙PWM變頻器電路I中的電機側(cè)變頻器11和電網(wǎng)側(cè)變頻器12切換到并聯(lián)追蹤電網(wǎng)電壓，而后閉合并網(wǎng)開關(guān)2，并網(wǎng)開關(guān)2使用軟投切或者同步機械開關(guān)同步投切的方式將發(fā)電機定子直接接入電網(wǎng)，此時異步機會運行在超同步狀態(tài)，永磁機或電勵磁同步機將運行在同步狀態(tài)，以普通發(fā)電機形式直連電網(wǎng)送電，變槳距系統(tǒng)會自動隨風(fēng)的大小調(diào)節(jié)槳距角，滿足功率控制的需要。控制器3的電量檢測模塊31仍在實時監(jiān)測電機的電壓、電流和并網(wǎng)的電壓電流，并通過調(diào)節(jié)算法控制此時并聯(lián)在網(wǎng)上的電機側(cè)變頻器11和電網(wǎng)側(cè)變頻器12運行在靜止無功發(fā)生器模式，總?cè)萘肯喈?dāng)于2200kVA，調(diào)節(jié)異步發(fā)電所需的無功或按風(fēng)場調(diào)度指令進行單機的無功調(diào)節(jié)，即使異步發(fā)電機的功率因數(shù)低到O. 82，也可以滿足就地補償?shù)男枰?。?dāng)風(fēng)機功率自高向低回落時，為了防止系統(tǒng)振蕩，可以選擇下切入功率為800kW，這樣一個滯環(huán)寬度200kW的控制策略，可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需要，如圖12所示的控制邏輯框圖，本實用新型的大、小功率段是人為設(shè)定的，通常大、小功率分界點設(shè)置在系統(tǒng)容量的三分之一處比較合適。與雙饋機中應(yīng)用的變頻器不同的是，本實用新型使用的雙PWM變頻器I連接于發(fā)電機的定子而不是轉(zhuǎn)子，它起的作用不是勵磁器，而是在低風(fēng)速小功率時候作為“全功率”變頻使用，滿足低風(fēng)速段的最佳翼尖速比控制運行和最大風(fēng)能獲取，可以獲得比雙饋機寬得多的葉輪運行速度范圍。對發(fā)電機而言，不再需要電刷和滑環(huán)，可以降低維護工作量。在高風(fēng)速大功率段，該雙PWM變頻器I兩端被并網(wǎng)開關(guān)2短路，使得其前后端運行在相同的模式下，即追蹤電網(wǎng)電壓的靜止無功發(fā)生器模式，英文稱STATC0M或SVG模式。在連接電抗器 不大的情況下，可以實現(xiàn)無功功率的快速調(diào)節(jié)。通過電量檢測模塊31的電壓和電流檢測，使用Park變換等方法，可以在IOms內(nèi)快速、無級響應(yīng)無功需求，比之并聯(lián)電容器的開關(guān)投切電容器SC、晶閘管投切電容器TSC以及采用晶閘管投切/控制電抗器TSR/TCR的SVC靜止無功補償器方案，均快速而直接。在大功率段因為發(fā)電機的功率不再需要變頻器調(diào)理直接送入電網(wǎng)，在采用永磁或電勵磁同步發(fā)電機時，系統(tǒng)可以省掉變頻器的損耗，提聞總的效率約4%左右。而對于異步電動機，此時由于需要提供部分無功，在變頻器里仍存在一定損耗，但與全功率變頻相比較，因為變頻器僅三分之一容量，效率仍可提高2. 7%左右，如圖10的線a所示，效率提高等效于多送出了有功功率到電網(wǎng)。本實用新型對于電勵磁同步發(fā)電機，在高速段單純靠發(fā)電機已經(jīng)可以滿足電網(wǎng)對無功的要求，使用了并聯(lián)的STACOM變頻器后，可以提供更多的無功功率支撐給風(fēng)電場的電網(wǎng)系統(tǒng)，或者運行在欠勵磁的節(jié)電模式，以降低勵磁消耗。如圖2、圖3所示，本實用新型所使用的變頻器可以基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的兩電平雙PWM變頻器，也可以是三電平雙PWM變頻器，只要具有公用母線特征，加以適當(dāng)?shù)目刂萍纯蓾M足本實用新型所述電路拓撲的要求。如圖4所示，本實用新型實施實例采用的并網(wǎng)開關(guān)2為基于機械開關(guān)配合晶閘管的復(fù)合開關(guān)，在低風(fēng)速模式切換到高風(fēng)速模式時，并網(wǎng)開關(guān)2要合閘，此時先導(dǎo)通兩個反并聯(lián)的晶閘管，實現(xiàn)電路的軟接通，由控制器3觸發(fā)電路完成零電壓接通，而后接通機械開關(guān)如斷路器23，因機械開關(guān)的低內(nèi)阻自動旁路晶閘管；而在高風(fēng)速模式切換到低風(fēng)速模式時，先給晶閘管觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)其導(dǎo)通，而后打開機械開關(guān)，電流轉(zhuǎn)移到晶閘管上，再關(guān)閉晶閘管的觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)零電流關(guān)斷。在不頻繁切換時也可由一般的長壽命機械開關(guān)來完成。并網(wǎng)開關(guān)2斷開以后，雙PWM變頻器I自動進入全功率模式，電機側(cè)進行力矩控制，轉(zhuǎn)化電能到直流側(cè)，電網(wǎng)側(cè)變頻器12把轉(zhuǎn)化后的直流功率逆變上網(wǎng)。隨著電網(wǎng)對風(fēng)機接入的要求越來越高，風(fēng)機的LVRT低電壓穿越功能變得越來越重要。本系統(tǒng)與雙饋式風(fēng)機比較起來，雖然都使用感應(yīng)發(fā)電機，但是滿足LVRT對于本實用新型來說較為容易，在高速段不但電機本身可以向電網(wǎng)提供短時的有功支撐，變頻器運行在STATCOM或SVG模式下，可以提供足夠的無功支撐；而在低速段，其具有相似于其它全功率變頻模式的風(fēng)機的特性，能提供風(fēng)機所發(fā)電力接近的無功支撐。對于海上型風(fēng)機而言，本實用新型所涉及的系統(tǒng)具有電機方面的高可靠、低成本，在變頻器方面也僅需雙饋發(fā)電機相似的變頻器，因而具有較低的造價、較小的安裝體積與重量，易于實現(xiàn)系統(tǒng)冗余設(shè)計。同比直驅(qū)和半直驅(qū)乃至高速永磁系統(tǒng)或電勵磁系統(tǒng)所需的全功率變頻，其容量是本實用新型所述系統(tǒng)需要的變頻器的三倍，本實用新型造價相對低廉，更加適合大規(guī)模的風(fēng)電應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于包括有與風(fēng)輪機(7)連接的三相發(fā)電機(6)和與電網(wǎng)(4)連接的并網(wǎng)變壓器(5)，所述三相發(fā)電機(6)定子三相發(fā)電繞組輸出端與并網(wǎng)變壓器(5)之間連接有基于全控功率器件構(gòu)成共用母線結(jié)構(gòu)的能量雙向流動的脈寬調(diào)制控制的雙PWM變頻器(I )，所述雙PWM變頻器(I)為三相輸入輸出結(jié)構(gòu)，所述雙PWM變頻器(I)兩端并聯(lián)有基于機械開關(guān)配合晶閘管或帶同步開關(guān)功能的并網(wǎng)開關(guān)(2)，所述雙PWM變頻器(I)包括有順次連接的電機側(cè)變頻器(11)和電網(wǎng)側(cè)變頻器(12)，所述電機側(cè)變頻器(11)輸入端各線與并網(wǎng)開關(guān)(2)輸入端各線對應(yīng)連接后與三相發(fā)電機(6)三相發(fā)電繞組輸出端對應(yīng)連接，所述電網(wǎng)側(cè)變頻器(12)輸出端各線與并網(wǎng)開關(guān)(2)輸出端各線對應(yīng)連接后連接在并網(wǎng)變壓器(5)上，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)還包括有用于控制雙PWM變頻器(I)逆變并網(wǎng)或者運行在靜止無功發(fā)生器模式的控制器(3 )，所述控制器(3 )分別與雙PWM變頻器(I)控制門極、并網(wǎng)開關(guān)(2 )控制端連接，所述控制器(3 )上還連接有用于檢測發(fā)電機輸出的三相電流電壓、并網(wǎng)開關(guān)(2)靠電機側(cè)三相電流和并網(wǎng)變壓器(5) 二次側(cè)三相電流電壓的電量檢測模塊(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于所述雙PWM變頻器(I)為基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的兩電平雙PWM變頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于所述雙PWM變頻器(I)為基于全控器件如IGBT、IGCT或GTO的三電平雙PWM變頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，其特征在于所述并網(wǎng)開關(guān)(2)包括有第一晶閘管(21)、第二晶閘管(22)、斷路器(23)，所述第一晶閘管(21)門極、第二晶閘管(22)門極和斷路器(23)控制端分別與控制器(3)連接，所述第一晶閘管(21)與第二晶閘管(22)反并聯(lián)后與斷路器(23)并聯(lián)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，包括有與風(fēng)輪機連接的三相發(fā)電機和與電網(wǎng)連接的并網(wǎng)變壓器，所述三相發(fā)電機定子三相發(fā)電繞組輸出端與并網(wǎng)變壓器之間連接有雙PWM變頻器和并網(wǎng)開關(guān)，所述雙PWM變頻器和并網(wǎng)開關(guān)為并聯(lián)電路連接結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)還包括有控制器和電量檢測模塊。本實用新型的目的是根據(jù)不同的功率段控制變頻器在逆變并網(wǎng)與靜止無功發(fā)生器模式之間進行切換運行，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、造價相對低廉，使用分段控制的變頻控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)法。
文檔編號H02J3/46GK202737481SQ201220316029
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月30日
發(fā)明者馬學(xué)亮, 張博, 宋冬然, 王金發(fā) 申請人:廣東明陽風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團有限公司