專利名稱：一種風力發(fā)電機組及其工作模式切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力能源領(lǐng)域，尤其涉及一種風力風電機組及其工作模式切換方法。
背景技術(shù)：
雙饋變速恒頻風力發(fā)電機組作為目前市場占有率最高的一種風力發(fā)電機組，其風輪槳距角可以調(diào)節(jié)，同時發(fā)電機可以實現(xiàn)變速運行，調(diào)速范圍達到±30%同步轉(zhuǎn)速，并輸出恒頻恒壓的電能。在低于額定風速時，它通過改變轉(zhuǎn)速和槳距角使機組在最佳尖速比下運行，輸出最大的功率，而在高風速時通過改變槳距角使機組功率輸出穩(wěn)定在額定功率。雙饋式異步發(fā)電機向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成，即直接從定子輸出的功率和通過變頻器從轉(zhuǎn)子輸出的功率。這種風力發(fā)電機組的技術(shù)成熟，市場承認度、性價比和效率均較高。變頻器的容量只有系統(tǒng)容量的30%左右。雙饋異步發(fā)電機成本低、重量輕、易維護。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)雙饋式風力發(fā)電機組的主要缺點是在低風速下發(fā)電效率較低，由于雙饋式風力發(fā)電機組采用的雙饋電機本身在低轉(zhuǎn)速下?lián)p耗較大；另外雙饋風機存在運行轉(zhuǎn)速的下限，因此在低風速區(qū)域不能維持最佳尖速比運行，風機風能捕獲效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種風力發(fā)電機組及其工作模式切換方法，能夠提高低風速區(qū)域風力發(fā)電機組的工作效能。為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案:一方面，提供一種風力發(fā)電機組，包括:葉輪、與所述葉輪機械連接的雙饋發(fā)電機，連接所述雙饋發(fā)電機及工頻電網(wǎng)的變頻器，設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機及所述變頻器之間及所述雙饋發(fā)電機與所述工頻電網(wǎng)之間的開關(guān)模組，其特征在于，所述開關(guān)模組包括:第一開關(guān)單元，所述第一開關(guān)單元設(shè)置在所述工頻電網(wǎng)和所述雙饋發(fā)電機的定子之間；第二開關(guān)單元，所述第二開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和短接端之間；第三開關(guān)單元，所述第三開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器之間；第四開關(guān)單元，所述第四開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器之間；通過所述開關(guān)模組的各個開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)對所述風力發(fā)電機組工作模式的切換?？蛇x的，結(jié)合第一方面，在第一種可能的實現(xiàn)方式中，具體的所述開關(guān)模組還包括:第五開關(guān)單元，所述第五開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的定子和所述短接端之間?？蛇x的，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合在第一種可能的實現(xiàn)方式，具體的所述風力發(fā)電機組還包括設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子和所述第二開關(guān)單元之間的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機定子和所述第五開關(guān)單元之間的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)。可選的，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二種可能的實現(xiàn)方式，所述第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和/或所述第二阻抗網(wǎng)絡(luò)為電阻和/或電容和/或電感的串或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。可選的，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第一方面及第一方面中的任意一種可能的實現(xiàn)方式，具體的所述風力發(fā)電機組，還包括:控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)連接所述開關(guān)模組，用于控制所述開關(guān)模組的開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)所述風力發(fā)電機組的工作模式切換?？蛇x的，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第四種可能的實現(xiàn)方式，所述控制系統(tǒng)包括所述風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)或變頻系統(tǒng)或變槳系統(tǒng)。第二方面，提供一種風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，包括:斷開開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；閉合第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端導通；斷開第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開；閉合第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通，所述風力發(fā)電機組切換至第一工作模式；閉合所述開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)導通；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第二工作模式。可選的，在第一種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二方面，所述風力發(fā)電機組的開關(guān)模組還包括第五開關(guān)單元時，所述方法還包括:閉合所述第五開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述短接端導通，斷開所述第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第三工作模式?？蛇x的，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第一種可能的實現(xiàn)方式，所述風力發(fā)電機組設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子和所述第二開關(guān)單元之間的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機定子和所述第五開關(guān)單元之間的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)，所述方法還包括:閉合所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子通過所述第一阻抗網(wǎng)絡(luò)與所述短接端導通；閉合所述第五開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子通過所述第二阻抗網(wǎng)絡(luò)與所述短接端導通，所述風力發(fā)電機組切換至第四工作模式?？蛇x的，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，結(jié)合第二方面任一一種可能的實現(xiàn)方式，所述方法還包括:通過控制系統(tǒng)獲取開關(guān)單元控制信號，將所述開關(guān)單元控制信號發(fā)送至所述開關(guān)模組，以便所述開關(guān)模組根據(jù)所述開關(guān)單元控制信號控制各個開關(guān)單元的斷開與閉合。本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組及其工作模式切換方法，通過開關(guān)模組可以使得風力發(fā)電機組在雙饋機發(fā)電模式和感應(yīng)機發(fā)電模式間進行切換，在低風速場景下切換 至感應(yīng)機發(fā)電模式，提高了風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明的實施例提供的一種風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的實施例提供的一種風力發(fā)電機組的輪轂處自由流風速與有功功率的關(guān)系曲線不意圖；圖3為本發(fā)明的另一實施例提供的一種風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的又一實施例提供的一種風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的實施例提供的一種風力發(fā)電機組的工作模式切換方法；圖6為本發(fā)明的另一實施例提供的一種風力發(fā)電機組的工作模式切換方法；圖7為本發(fā)明的又一實施例提供的一種風力發(fā)電機組的工作模式切換方法。附圖標記:1-工頻電網(wǎng)；2-雙饋發(fā)電機；21-定子；22-轉(zhuǎn)子；3-變頻器；31-發(fā)電機側(cè)變流器；32-工頻電網(wǎng)側(cè)變流器；4-葉輪；5-第一開關(guān)單元；6-第二開關(guān)單元；7-第三開關(guān)單元；8-第四開關(guān)單元；9-控制系統(tǒng)；10-第五開關(guān)單元；11-第一阻抗網(wǎng)絡(luò)；12-第二阻抗網(wǎng)絡(luò)；13-短接端。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
參照圖1所示，本發(fā)明的實施例提供一種風力發(fā)電機組，包括:葉輪4、與葉輪4機械連接的雙饋發(fā)電機2，連接雙饋發(fā)電機2及工頻電網(wǎng)I的變頻器3，設(shè)置在雙饋發(fā)電機2及變頻器3之間以及設(shè)置在雙饋發(fā)電機2與工頻電網(wǎng)I之間的開關(guān)模組，其中開關(guān)模組包括:第一開關(guān)單元5，第一開關(guān)單元5設(shè)置在工頻電網(wǎng)I和雙饋發(fā)電機2的定子21之間；第二開關(guān)單元6，第二開關(guān)單元6設(shè)置在雙饋發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子22和短接端13之間；第三開關(guān)單元7，第三開關(guān)單元7設(shè)置在雙饋發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子22和變頻器3的發(fā)電機側(cè)變流器31之間；第四開關(guān)單元8，第四開關(guān)單元8設(shè)置在雙饋發(fā)電機2的定子21與變頻器3的發(fā)電機側(cè)變流器31之間；通過開關(guān)模組的各個開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)對風力發(fā)電機組工作模式的切換。此外，變頻器3的工頻電網(wǎng)側(cè)變流器32接入工頻電網(wǎng)1，當然發(fā)電機側(cè)變流器31是起的整流作用即將發(fā)電機產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為直流電；工頻電網(wǎng)側(cè)變流器32起的逆變作用即將直流電轉(zhuǎn)化為交流電輸出至工頻電網(wǎng)。圖2給出的了兩種風力發(fā)電機(本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組和傳統(tǒng)雙饋式風力發(fā)電機組)的工作曲線圖，其中實線為本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組有功功率與輪轂處自由流風速的關(guān)系曲線，虛線部分為傳統(tǒng)雙饋式風力發(fā)電機組有功功率與輪轂處自由流風速的關(guān)系曲線，其中橫坐標為輪轂處自由流風速V與風力發(fā)電機的額定風速Vn的比值，縱坐標為風力發(fā)電機組的有功功率P與額定有功功率Pn的比值，同時參照圖1提供的風力發(fā)電機組的電連接方式，對本發(fā)明的實施例提供風力發(fā)電機組的工作原理進行說明，在低風速、小功率段斷開第一開關(guān)單元5和第三開關(guān)單元7，同時閉合第二開關(guān)單元6和第四開關(guān)單元8，此時雙饋發(fā)電機2做普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的定子21側(cè)送入工頻電網(wǎng)I，變頻器3做全功率變頻器運行，這樣可以降低在低風速下，雙饋發(fā)電機作雙饋機運行帶來的損耗；在大風速、大功率段閉合第一開關(guān)單元
5、第三開關(guān)單元7、斷開第二開關(guān)單元6、第四開關(guān)單元8，此時雙饋發(fā)電機2仍然作為雙饋機運行，分別從定子21和轉(zhuǎn)子22輸出功率至工頻電網(wǎng)I。此外，如圖2所示，傳統(tǒng)雙饋式風力發(fā)電機組在低風速情況下產(chǎn)生的有功功率嚴重下降，而本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組可以在低風速情況下依然有良好的有功功率輸出，參照圖1、2所示，開關(guān)模組的各個開關(guān)單元的斷開與閉合可以依據(jù)葉輪4的輪轂處自由流風速、風力發(fā)電機2的有功功率和轉(zhuǎn)速進行,理論上可以依據(jù)最優(yōu)發(fā)電效率原則在如圖2的輪轂處自由流風速a與b之間進行風力發(fā)電機組工作模式的切換(即風速滿足a處的條件時，傳統(tǒng)雙饋式風力發(fā)電機組已經(jīng)不能正常輸出有功功率，風速滿足b處的條件時，兩種風力發(fā)電機組的輸出有功功率相同，而在風速繼續(xù)下降時傳統(tǒng)雙饋式風力發(fā)電機組的輸出有功功率嚴重劣化)，或者參照輪轂處自由流風速所對應(yīng)的有功功率或轉(zhuǎn)速進行風力發(fā)電機組工作模式的切換；這樣在風速較低的情況下，雙饋發(fā)電機切換至普通感應(yīng)式發(fā)電機的工作模式，這樣可以減小在低風速下，雙饋發(fā)電機作雙饋機運行帶來的損耗，同時可以自由的降低發(fā)電機轉(zhuǎn)速為更高的風能捕獲效率提供條件，保證了風力發(fā)電機組在低風速區(qū)域維持最佳葉尖速比，提高風能的捕獲效率，進而提高風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率。
本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組，通過開關(guān)模組可以使得風力發(fā)電機組在雙饋機發(fā)電模式和感應(yīng)機發(fā)電模式間進行切換，在低風速場景下切換至感應(yīng)機發(fā)電模式，提高了風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率。
進一步可選的，參照圖3所示，開關(guān)模組還包括:第五開關(guān)單元10，第五開關(guān)單元10設(shè)置在和雙饋發(fā)電機2的定子21和短接端13之間。
同理，在低風速場景下可以通過閉合第三開關(guān)單元7、第五開關(guān)單元10，斷開第一開關(guān)單元5、第二開關(guān)單元6及第四開關(guān)單元8，將雙饋發(fā)電機2切換至普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子22側(cè)送入工頻電網(wǎng)1，變頻器3做全功率變頻器運行，這樣可以減小在低風速下，雙饋發(fā)電機作雙饋機運行帶來的損耗，同時可以自由的降低發(fā)電機轉(zhuǎn)速為更高的風能捕獲效率提供條件；在低風速場景下可以通過開關(guān)模組各個開關(guān)的斷開與閉合，周期性的選擇切換至定子或轉(zhuǎn)子輸出功率至工頻電網(wǎng)。
進一步可選的，參照圖4所示，本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組，還包括設(shè)置在雙饋發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子22和第二開關(guān)單元6之間的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)11和設(shè)置在雙饋發(fā)電機2的定子21和第五開關(guān)單元10之間的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)12 ;此時通過將開關(guān)模組的各個開關(guān)單元的斷開與閉合，在工頻電網(wǎng)斷電的情況下，通過一組第一阻抗網(wǎng)絡(luò)或者第二阻抗網(wǎng)絡(luò)耗散制動能量，通過另一組第二阻抗網(wǎng)絡(luò)或者第一阻抗網(wǎng)絡(luò)提供勵磁電流，實現(xiàn)了風力發(fā)電機電動剎車并將能量泄放至阻抗網(wǎng)絡(luò)中，從而降低了工頻電網(wǎng)斷電時對機械剎車造成的壓力。具體的，第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和/或第二阻抗網(wǎng)絡(luò)為電阻和/或電容和/或電感的串或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
可選的，參照圖4所示，本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組，還包括:
控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)連接開關(guān)模組，用于控制開關(guān)模組的開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)風力發(fā)電機組的工作模式切換?？刂葡到y(tǒng)包括風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)或變頻系統(tǒng)或變槳系統(tǒng)。以便風力發(fā)電機組根據(jù)變頻系統(tǒng)提供的機組即時有功功率或者變槳系統(tǒng)提供的輪轂處自由流即時風速或轉(zhuǎn)速，或者根據(jù)主控系統(tǒng)提供的機組即時有功功率、輪轂處自由流即時風速及轉(zhuǎn)速的綜合狀況向開關(guān)模組提供控制信號控制各個開關(guān)的斷開與閉合。
此外，可選的，以上各實施例中開關(guān)模組的各個開關(guān)單元包括斷路器、接觸器或單刀雙擲開關(guān)，或者其他能起到開關(guān)作用的電力電子裝置。
本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組，通過開關(guān)模組可以使得風力發(fā)電機組在雙饋機發(fā)電模式和感應(yīng)機發(fā)電模式間進行切換，在低風速場景下切換至感應(yīng)機發(fā)電模式，提高了風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率；此外還能降低斷電等緊急情況發(fā)生時對風力發(fā)電機組機械制動的壓力。
本發(fā)明的實施例提供了上述實施例提供的風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，應(yīng)用于圖1提供的風力發(fā)電機組，具體的參照圖5所示包括:
101、斷開開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；閉合第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端導通；斷開第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開；閉合第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通，所述風力發(fā)電機組切換至第一工作模式；
此時第一工作模式即雙饋發(fā)電機2做普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的定子21側(cè)送入工頻電網(wǎng)I。
102、閉合所述開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)導通；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第二工作模式。
此時第二工作模式即雙饋發(fā)電機2仍然作為雙饋機運行，分別從定子21和轉(zhuǎn)子22輸出功率至工頻電網(wǎng)I。
當然步驟101和102不分先后，模式的切換可以根據(jù)當前的工作模式以及需求的工作模式在步驟101和步驟102提供的切換方法間轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，通過開關(guān)模組可以使得風力發(fā)電機組在雙饋機發(fā)電模式和感應(yīng)機發(fā)電模式間進行切換，在低風速場景下切換至感應(yīng)機發(fā)電模式，提高了風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率。
本發(fā)明的另一實施例提供了上述實施例提供的風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，應(yīng)用于圖3提供的風力發(fā)電機組，具體的參照圖6所示包括:
201、斷開開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；閉合第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端導通；斷開第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開；閉合第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通，所述風力發(fā)電機組切換至第一工作模式；
此時第一工作模式即雙饋發(fā)電機2做普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的定子21側(cè)送入工頻電網(wǎng)I。
202、閉合所述開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)導通；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第二工作模式。
此時第二工作模式即雙饋發(fā)電機2仍然作為雙饋機運行，分別從定子21和轉(zhuǎn)子22輸出功率至工頻電網(wǎng)I。
203、閉合所述第五開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述短接端導通，斷開所述第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第三工作模式。
此時第三工作模式即雙饋發(fā)電機2切換至普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子22側(cè)送入工頻電網(wǎng)I。
當然步驟201、202和203不分先后，模式的切換可以根據(jù)當前的工作模式以及需求的工作模式在步驟201、步驟202和步驟203提供的切換方法間轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，通過開關(guān)模組可以使得風力發(fā)電機組在雙饋機發(fā)電模式和感應(yīng)機發(fā)電模式間進行切換，在低風速場景下切換至感應(yīng)機發(fā)電模式，提高了風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率；同時在低風速場景下可以通過開關(guān)模組各個開關(guān)的斷開與閉合，周期性的選擇切換至定子或轉(zhuǎn)子輸出功率至工頻電網(wǎng)。
本發(fā)明的另一實施例提供了上述實施例提供的風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，應(yīng)用于圖4提供的風力發(fā)電機組，此時風力發(fā)電機組還包括:設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子和所述第二開關(guān)單元之間的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機定子和所述第五開關(guān)單元之間的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)，具體的參照圖7所示包括:
301、斷開開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；閉合第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端導通；斷開第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開；閉合第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通，所述風力發(fā)電機組切換至第一工作模式；
此時第一工作模式即雙饋發(fā)電機2做普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的定子21側(cè)送入工頻電網(wǎng)I。
302、閉合所述開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)導通；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第二工作模式。
此時第二工作模式即雙饋發(fā)電機2仍然作為雙饋機運行，分別從定子21和轉(zhuǎn)子22輸出功率至工頻電網(wǎng)I。
303、閉合所述第五開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述短接端導通，斷開所述第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第三工作模式。
此時第三工作模式即雙饋發(fā)電機2切換至普通異步感應(yīng)式發(fā)電機運行，所有能量通過變頻器3從雙饋發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子22側(cè)送入工頻電網(wǎng)I。
304、閉合所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子通過所述第一阻抗網(wǎng)絡(luò)與所述短接端導通；閉合所述第五開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子通過所述第二阻抗網(wǎng)絡(luò)與所述短接端導通，所述風力發(fā)電機組切換至第四工作模式。
此時第四工作模式即在工頻電網(wǎng)斷電的情況下，通過一組第一阻抗網(wǎng)絡(luò)或者第二阻抗網(wǎng)絡(luò)耗散制動能量，通過另一組第二阻抗網(wǎng)絡(luò)或者第一阻抗網(wǎng)絡(luò)提供勵磁電流，實現(xiàn)了風力發(fā)電機電動剎車并將能量泄放至阻抗網(wǎng)絡(luò)中，從而降低了工頻電網(wǎng)斷電時對機械剎車造成的壓力。
當然步驟301、302、303和304不分先后，模式的切換可以根據(jù)當前的工作模式以及需求的工作模式在步驟301、步驟302、步驟303和步驟304提供的切換方法間轉(zhuǎn)換，具體論述參照上述裝置實施例這里不再贅述。
本發(fā)明的實施例提供的風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，通過開關(guān)模組可以使得風力發(fā)電機組在雙饋機發(fā)電模式和感應(yīng)機發(fā)電模式間進行切換，在低風速場景下切換至感應(yīng)機發(fā)電模式，提高了風力發(fā)電機組在低風速場景下的發(fā)電效率；此外還能降低斷電等緊急情況發(fā)生時對風力發(fā)電機組機械制動的壓力。
此外可選的，當風力發(fā)電機組還包括控制系統(tǒng)時，以上針對圖5、6、7對應(yīng)的實施例所示方法，還可以包括:通過控制系統(tǒng)獲取開關(guān)單元控制信號，將所述開關(guān)單元控制信號發(fā)送至所述開關(guān)模組，以便所述開關(guān)模組根據(jù)所述開關(guān)單元控制信號控制各個開關(guān)單元的斷開與閉合?？刂葡到y(tǒng)包括風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)或變頻系統(tǒng)或變槳系統(tǒng)。以便風力發(fā)電機組根據(jù)變頻系統(tǒng)提供的機組即時有功功率或者變槳系統(tǒng)提供的輪轂處自由流即時風速或轉(zhuǎn)速，或者根據(jù)主控系統(tǒng)提供的機組即時有功功率、輪轂處自由流即時風速及轉(zhuǎn)速的綜合狀況向開關(guān)模組提供控制信號控制各個開關(guān)的斷開與閉合。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種風力發(fā)電機組,包括:葉輪、與所述葉輪機械連接的雙饋發(fā)電機，連接所述雙饋發(fā)電機及工頻電網(wǎng)的變頻器，設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機及所述變頻器之間及所述雙饋發(fā)電機與所述工頻電網(wǎng)之間的開關(guān)模組，其特征在于，所述開關(guān)模組包括: 第一開關(guān)單元，所述第一開關(guān)單元設(shè)置在所述工頻電網(wǎng)和所述雙饋發(fā)電機的定子之間； 第二開關(guān)單元，所述第二開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和短接端之間； 第三開關(guān)單元，所述第三開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器之間； 第四開關(guān)單元，所述第四開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器之間； 通過所述開關(guān)模組的各個開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)對所述風力發(fā)電機組工作模式的切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述開關(guān)模組還包括:第五開關(guān)單元，所述第五開關(guān)單元設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機的定子和所述短接端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，還包括設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子和所述第二開關(guān)單元之間的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機定子和所述第五開關(guān)單元之間的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和/或所述第二阻抗網(wǎng)絡(luò)為電阻和/或電容和/或電感的串或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，還包括: 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)連接所述開關(guān)模組，用于控制所述開關(guān)模組的開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)所述風力發(fā)電機組的工作模式切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括所述風力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)或變頻系統(tǒng)或變槳系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的風力發(fā)電機組，其特征在于，所述開關(guān)模組的各個開關(guān)單元包括斷路器、接觸器或單刀雙擲開關(guān)。
8.一種風力發(fā)電機組的工作模式切換方法，其特征在于，包括: 斷開開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；閉合第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端導通；斷開第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開；閉合第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通，所述風力發(fā)電機組切換至第一工作模式； 閉合所述開關(guān)模組的第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)導通；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第二工作模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述風力發(fā)電機組的開關(guān)模組還包括第五開關(guān)單元時，所述方法還包括: 閉合所述第五開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述短接端導通，斷開所述第一開關(guān)單元，將所述雙饋發(fā)電機的定子與工頻電網(wǎng)斷開；斷開所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與短接端斷開；閉合所述第三開關(guān)單元將所述風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器導通；斷開所述第四開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子與所述變頻器的發(fā)電機側(cè)變流器斷開，所述風力發(fā)電機組切換至第三工作模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述風力發(fā)電機組設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子和所述第二開關(guān)單元之間的第一阻抗網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機定子和所述第五開關(guān)單元之間的第二阻抗網(wǎng)絡(luò)，所述方法還包括: 閉合所述第二開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子通過所述第一阻抗網(wǎng)絡(luò)與所述短接端導通；閉合所述第五開關(guān)單元將所述雙饋發(fā)電機的定子通過所述第二阻抗網(wǎng)絡(luò)與所述短接端導通，所述風力發(fā)電機組切換至第四工作模式。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 通過控制系統(tǒng)獲取開關(guān)單元控制信號，將所述開關(guān)單元控制信號發(fā)送至所述開關(guān)模組，以便所述開關(guān)模組根據(jù)所述開關(guān)單元控制信號控制各個開關(guān)單元的斷開與閉合。
全文摘要
本發(fā)明的實施例公開一種風力發(fā)電機組及其工作模式切換方法，涉及電力能源領(lǐng)域，能夠提高雙饋式風力發(fā)電機組在低風速場景下的效能。該風力發(fā)電機組包括包括葉輪、與所述葉輪機械連接的雙饋發(fā)電機，連接所述雙饋發(fā)電機及工頻電網(wǎng)的變頻器，設(shè)置在所述雙饋發(fā)電機及所述變頻器之間及所述雙饋發(fā)電機與所述工頻電網(wǎng)之間的開關(guān)模組，所述開關(guān)模組包括第一開關(guān)單元，第二開關(guān)單元，第三開關(guān)單元，第四開關(guān)單元，通過所述開關(guān)模組的各個開關(guān)單元的斷開與閉合實現(xiàn)對所述風力發(fā)電機組工作模式的切換。本發(fā)明的實施例應(yīng)用于風力發(fā)電。
文檔編號H02P9/00GK103138669SQ20131004846
公開日2013年6月5日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者王曉鈺, 郭曉明, 李磊, 趙冰潔, 梁家寧, 朱宏棟, 徐斌, 蘇煒宏 申請人:遠景能源(江蘇)有限公司