一種變流器和其控制方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是涉及一種變流器和其控制方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸電線路與電網(wǎng)連接，通過(guò)電網(wǎng)讓電能輸送出去。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)需要滿足三個(gè)條件:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的頻率、電壓、相位必須與電網(wǎng)的頻率、電壓、相位保持一致。由于風(fēng)能的隨機(jī)性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的，因此，為了給負(fù)載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負(fù)載用電要求，需要在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)之間加入變流器。
[0003]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展越來(lái)越趨向于單機(jī)大容量，這對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，現(xiàn)有的電力變流器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的接口，既要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制，又要向電網(wǎng)輸送優(yōu)質(zhì)電能，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越與高電壓穿越等功能。低電壓穿越是指當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在一定電壓跌落的范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，電壓跌落時(shí)，不具備低電壓穿越能力或低電壓穿越能力不夠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電流會(huì)退出電網(wǎng)，如果大量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓繼續(xù)跌落，造成供電電網(wǎng)癱瘓，也對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性造成直接影響。高電壓穿越是指在故障恢復(fù)階段，并網(wǎng)點(diǎn)可能發(fā)生過(guò)電壓，造成電網(wǎng)側(cè)功率大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)功率，變流器中直流電壓快速升高，會(huì)損壞變流器甚至造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)。
[0004]現(xiàn)有的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)低電壓穿越的要求，均采用直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。對(duì)于直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，會(huì)導(dǎo)致變流器中直流電壓上升，而且其輸出電能含有諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響。因此，現(xiàn)有的電力變流器的低電壓穿越能力受到限制，且其輸出電能中含有諧波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低、高電壓穿越能力、減少諧波的變流器和其控制方法及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種變流器，包括電光轉(zhuǎn)換模塊、與電光轉(zhuǎn)換模塊連接的電光轉(zhuǎn)換控制器、光電轉(zhuǎn)換模塊及與光電轉(zhuǎn)換模塊連接的光電轉(zhuǎn)換控制器，所述電光轉(zhuǎn)換模塊一端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)電路連接、另一端與光電轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光路連接，所述光電轉(zhuǎn)換模塊另一端連接電網(wǎng)，所述電光轉(zhuǎn)換控制器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接，所述光電轉(zhuǎn)換控制器與電網(wǎng)連接，所述電光轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)控制電光轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)能量，所述光電轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)控制光電轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)能量。
[0007]優(yōu)選的，所述電光轉(zhuǎn)換模塊與光電轉(zhuǎn)換模塊采用級(jí)聯(lián)單元化結(jié)構(gòu)。
[0008]優(yōu)選的，還包括主控制器，所述電光轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)主控制器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連接，所述光電轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)主控制器與電網(wǎng)連接。
[0009]優(yōu)選的，還包括LCL濾波器，所述LCL濾波器連接在光電轉(zhuǎn)換模塊和電網(wǎng)之間的電路上ο
[0010]優(yōu)選的，還包括變壓器，所述光電轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述光路采用LED光或激光。
[0012]優(yōu)選的，所述光路上設(shè)置有光能感應(yīng)模塊，所述光能感應(yīng)模塊與光能消耗設(shè)備連接。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的變流器通過(guò)電光轉(zhuǎn)換模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊將電能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和變流，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣解耦，避免電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落或升高時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力與高電壓穿越能力，同時(shí)減少諧波，改善輸出的電能質(zhì)量，所述電光轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)控制電光轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，所述光電轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)控制光電轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)功率的控制，即實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)功率的控制，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力與高電壓穿越能力。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括:至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、所述變流器及電網(wǎng)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)所述變流器連接到電網(wǎng)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)所述變流器連接到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣解耦和功率的控制，避免電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落或升高時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響，同時(shí)減少諧波，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低、高電壓穿越能力。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種變流器的控制方法，包括如下步驟:
[0017]步驟一，由傳感器檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)的運(yùn)行狀況并將狀況信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破?，如風(fēng)速，葉片轉(zhuǎn)速，槳距角，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)的端電壓與電流，電網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓與電流；
[0018]步驟二，主控制器將接收的狀況信號(hào)進(jìn)行處理，判斷是否需要反饋信號(hào)到電光轉(zhuǎn)換控制器與光電轉(zhuǎn)換控制器；
[0019]步驟三，若此時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行正常，電網(wǎng)電壓正常，則保持檢測(cè)，不進(jìn)行反饋；若主控制器檢測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)速，葉片轉(zhuǎn)速及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)功率發(fā)生變化，則主控制器控制變槳機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)葉片槳距角，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率保持額定狀態(tài)；若主控制器檢測(cè)到由于電網(wǎng)故障造成并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落，則主控制器啟動(dòng)低電壓穿越方案；若主控制器檢測(cè)到在故障恢復(fù)階段并網(wǎng)點(diǎn)電壓驟升至1.2pu或以上，則主控制器啟動(dòng)高電壓穿越方案；
[0020]步驟四，在啟動(dòng)低電壓穿越方案時(shí)，主控制器同時(shí)對(duì)電光轉(zhuǎn)換控制器和光電轉(zhuǎn)換控制器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的協(xié)同控制；主控制器控制電光轉(zhuǎn)換控制器，使其調(diào)節(jié)電光轉(zhuǎn)換模塊，減少電光級(jí)聯(lián)單元，使中間環(huán)節(jié)的能量減少，光能感應(yīng)模塊對(duì)中間環(huán)節(jié)能量進(jìn)行檢測(cè)，消耗多余光能，同時(shí)主控制器控制光電轉(zhuǎn)換控制器，使其調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換模塊，調(diào)節(jié)輸出的有功、無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)功率進(jìn)行補(bǔ)償；
[0021]步驟五，在啟動(dòng)高電壓穿越方案時(shí)，主控制器同時(shí)對(duì)電光轉(zhuǎn)換控制器和光電轉(zhuǎn)換控制器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的協(xié)同控制；主控制器控制光電轉(zhuǎn)換控制器，使其調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換模塊，減少光電級(jí)聯(lián)單元，使中間環(huán)節(jié)的能量減少，光能感應(yīng)模塊對(duì)中間環(huán)節(jié)能量進(jìn)行檢測(cè)，消耗多余光能，同時(shí)主控制器控制電光轉(zhuǎn)換控制器，使其調(diào)節(jié)電光轉(zhuǎn)換模塊，提高接收光能域量；
[0022]步驟六，所述并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流恢復(fù)到正常狀況，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的變流器控制方法通過(guò)電光轉(zhuǎn)換模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊將電能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和變流，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣解耦，避免電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落或升高時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力與高電壓穿越能力，同時(shí)減少諧波，改善輸出的電能質(zhì)量，所述電光轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)控制電光轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，所述光電轉(zhuǎn)換控制器通過(guò)控制光電轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)功率的控制，即實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)功率的控制，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越能力與高電壓穿越能力。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中變流器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換控制的示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中變流器控制方法的步驟示意圖。
[0027]圖中所示:10、變流器；11、電光轉(zhuǎn)換模塊；12、電光轉(zhuǎn)換控制器；13、光電轉(zhuǎn)換模塊；14、光電轉(zhuǎn)換控制器；15、LCL濾波器；16、變壓器；17、主控制器；20、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；21、風(fēng)力機(jī)；22、發(fā)電機(jī)；30、電網(wǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述:
[0029]參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明的變流器10，包括電光轉(zhuǎn)換模塊11、與電光轉(zhuǎn)換模塊11連接的電光轉(zhuǎn)換控制器12、光電轉(zhuǎn)換模塊13及與光電轉(zhuǎn)換模塊13連接的光電轉(zhuǎn)換控制器14，所述電光轉(zhuǎn)換模塊11 一端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的發(fā)電機(jī)22通過(guò)電路連接、另一端與光電轉(zhuǎn)換模塊13通過(guò)光路連接，所述光電轉(zhuǎn)換模塊13另一端連接電網(wǎng)30，所述電光轉(zhuǎn)換控制器12與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的風(fēng)力機(jī)21連接，所述光電轉(zhuǎn)換控制器14與電網(wǎng)30連接。所述電光轉(zhuǎn)換模塊11與光電轉(zhuǎn)換模塊13采用級(jí)聯(lián)單元化結(jié)構(gòu)。所述變流器10還包括主控制器17、LCL濾波器15及變壓器16，所述電光轉(zhuǎn)換控制器12通過(guò)主控制器17與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20的風(fēng)力機(jī)21連接，所述光電轉(zhuǎn)換控制器14通過(guò)主控制器17與電網(wǎng)30連接。所述LCL濾波器15連接在光電轉(zhuǎn)換模塊13和電網(wǎng)30之間的電路上，所述光電轉(zhuǎn)換模塊13通過(guò)變壓器16與電網(wǎng)30連接。所述光路采用LED光或激光，所述光路上設(shè)置有光能感應(yīng)模塊，所述光能感應(yīng)模塊與光能消耗設(shè)備連接。
[0030]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組20通過(guò)風(fēng)力機(jī)21將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，然后通過(guò)發(fā)電機(jī)22將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，通過(guò)變流器10的電光轉(zhuǎn)換模塊11將不規(guī)律的電能轉(zhuǎn)化成可控的光能，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊13將光能轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)30要求的電能，最終輸出到電網(wǎng)30。通過(guò)光能和電能的相互轉(zhuǎn)換，代替現(xiàn)有變流器的電能轉(zhuǎn)換，省去了中間的電氣環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電氣解耦，避免電網(wǎng)3