風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機(jī)順利安全并網(wǎng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的“起點(diǎn)”，其主要要求是限制發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)時(shí)的瞬變電流，避免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的沖擊。當(dāng)電網(wǎng)容量比發(fā)電機(jī)容量大得多時(shí)(大于25倍)，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流可以不予考慮。但隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)單機(jī)容量不斷增大，目前己經(jīng)發(fā)展到兆瓦級(jí)水平，機(jī)組并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊已不能忽視。較大的并網(wǎng)沖擊電流不但會(huì)引起電網(wǎng)電壓的大幅下降，而且還會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組各部件造成損壞。更為嚴(yán)重的是，長(zhǎng)時(shí)間的并網(wǎng)沖擊甚至還會(huì)造成電力系統(tǒng)的解列，威脅其他發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，必須通過(guò)合理的并網(wǎng)控制策略來(lái)抑制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)沖擊電流，并網(wǎng)控制已成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。各種并網(wǎng)方式對(duì)轉(zhuǎn)速控制的要求有細(xì)微差別，有的需要控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速為同步速(同步發(fā)電機(jī))，有的需要控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速接近同步速(異步發(fā)電機(jī))。因此，現(xiàn)有的并網(wǎng)技術(shù)大多是適用于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是今后發(fā)展的方向，變速恒頻發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特征和控制特性為發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制提供了實(shí)現(xiàn)條件，研究變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。普通并網(wǎng)方式由于未與本地負(fù)載協(xié)調(diào)，因此可能增大配電網(wǎng)部分線路的損耗，在風(fēng)速變化較大時(shí)會(huì)增大電網(wǎng)末端電壓波動(dòng)。為了克服普通并網(wǎng)方式的不足，研究在并網(wǎng)后不對(duì)電網(wǎng)輸出多余功率的運(yùn)行方式是很有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有的變速恒頻發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制裝置和方法對(duì)電網(wǎng)的沖擊力大，穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提出了一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置。
[0004]本實(shí)用新型所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，它包括風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器、直流調(diào)壓負(fù)載、逆變器、濾波器、變換器和調(diào)節(jié)器；
[0005]風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)將風(fēng)力機(jī)獲得的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)的定子通過(guò)功率繞組接入電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)繞組連接整流器的交流信號(hào)輸入輸出端，整流器的直流信號(hào)輸入輸出端連接直流調(diào)壓負(fù)載信號(hào)輸入輸出端，直流調(diào)壓負(fù)載信號(hào)輸入輸出端連接逆變器的直流信號(hào)輸入輸出端，逆變器的交流信號(hào)輸入輸出端連接濾波器的信號(hào)輸入輸出端，濾波器的信號(hào)輸入輸出端連接變換器的一個(gè)信號(hào)輸入輸出端，變換器的另一個(gè)信號(hào)輸入輸出端連接調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)信號(hào)輸入輸出端，變換器的信號(hào)輸入輸出端連接電網(wǎng)的另一個(gè)電壓信號(hào)輸入輸出端，電網(wǎng)為電網(wǎng)負(fù)載供電。
[0006]本實(shí)用新型所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率可使定子電流頻率保持恒定不變，即與電網(wǎng)頻率保持一致，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，功率變換器向轉(zhuǎn)子供電。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)向電網(wǎng)供電。當(dāng)勵(lì)磁電流頻率為零時(shí)，發(fā)電機(jī)同步速運(yùn)行，轉(zhuǎn)子進(jìn)行直流勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)前進(jìn)行空載并網(wǎng)控制，在并網(wǎng)后實(shí)行最大風(fēng)能追蹤控制。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)前根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，控制發(fā)電機(jī)定子電壓輸出，以滿足并網(wǎng)條件。并網(wǎng)后，電網(wǎng)電壓作為定子電壓的輸入，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，以實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，完成由并網(wǎng)控制到運(yùn)行控制的過(guò)渡過(guò)程。減小了發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊力大，提高了運(yùn)行控制的穩(wěn)定性。且實(shí)現(xiàn)了負(fù)載功率跟蹤，避免發(fā)電機(jī)功率輸出被浪費(fèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本實(shí)用新型所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，它包括風(fēng)力機(jī)1、發(fā)電機(jī)2、整流器5、直流調(diào)壓負(fù)載6、逆變器7、濾波器8、變換器9和調(diào)節(jié)器10 ;
[0009]風(fēng)力機(jī)1將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)2將風(fēng)力機(jī)1獲得的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)2的定子通過(guò)功率繞組接入電網(wǎng)3，發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子通過(guò)繞組連接整流器5的交流信號(hào)輸入輸出端，整流器5的直流信號(hào)輸入輸出端連接直流調(diào)壓負(fù)載6信號(hào)輸入輸出端，直流調(diào)壓負(fù)載6信號(hào)輸入輸出端連接逆變器7的直流信號(hào)輸入輸出端，逆變器7的交流信號(hào)輸入輸出端連接濾波器8的信號(hào)輸入輸出端，濾波器8的信號(hào)輸入輸出端連接變換器9的一個(gè)信號(hào)輸入輸出端，變換器9的另一個(gè)信號(hào)輸入輸出端連接調(diào)節(jié)器10的調(diào)節(jié)信號(hào)輸入輸出端，變換器9的信號(hào)輸入輸出端連接電網(wǎng)3的另一個(gè)電壓信號(hào)輸入輸出端，電網(wǎng)3為電網(wǎng)負(fù)載4供電。
[0010]【具體實(shí)施方式】二、本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置的進(jìn)一步說(shuō)明，發(fā)電機(jī)3為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0011]【具體實(shí)施方式】三、本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置的進(jìn)一步說(shuō)明，整流器5為橋式整流器。
[0012]【具體實(shí)施方式】四、本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置的進(jìn)一步說(shuō)明，變換器9為雙向功率變換器。
[0013]【具體實(shí)施方式】五、本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置的進(jìn)一步說(shuō)明，調(diào)節(jié)器10為比例積分式調(diào)節(jié)器。
[0014]本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；風(fēng)力機(jī)出廠時(shí)，會(huì)提供一條最大功率-風(fēng)速曲線，預(yù)先在控制器內(nèi)存中保存該曲線，根據(jù)風(fēng)速傳感器測(cè)得的風(fēng)速，在曲線上查找對(duì)應(yīng)的最大功率P max ο發(fā)電機(jī)輸出最大功率時(shí)，不計(jì)損耗，則將變換器中流經(jīng)電流的平均值作為電流控制的參考值，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力機(jī)的最大功率跟蹤。發(fā)電機(jī)與負(fù)載進(jìn)行協(xié)調(diào)，減小了電路損耗。
[0015]發(fā)電機(jī)將風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電機(jī)為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。控制雙饋發(fā)電機(jī)定子輸出電壓和電網(wǎng)電壓在幅值、頻率及相位上保持一致。根據(jù)電網(wǎng)信息及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，進(jìn)而控制發(fā)電機(jī)定子電壓滿足并網(wǎng)條件，因而可在變速條件下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)，并網(wǎng)瞬間定無(wú)沖擊電流。
[0016]發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子都接入電網(wǎng)，定子通過(guò)功率繞組接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過(guò)控制繞組接入電網(wǎng)。變換器為雙向功率變換器，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)變換器接入電網(wǎng)。由于定子與電網(wǎng)相連，所以定子電流頻率與電網(wǎng)頻率相同。
[0017]整流器為橋式整流器，整流器將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電并傳輸至逆變器，逆變器將輸入的直流電轉(zhuǎn)化為交流電輸出至變換器，電壓經(jīng)過(guò)變換器轉(zhuǎn)化后接入電網(wǎng)。
[0018]逆變器在并網(wǎng)前實(shí)施電壓控制，逆變器輸出電壓跟蹤電網(wǎng)電壓的幅值、相位和頻率，采用帶電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時(shí)值反饋雙閉環(huán)控制方法。調(diào)節(jié)器為比例積分式調(diào)節(jié)器。此時(shí)電壓環(huán)是外環(huán)，經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)器，輸出濾波電感電流的給定值。電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生控制逆變器的PWM信號(hào)。在電流環(huán)引入輸出濾波電感電流的瞬時(shí)值反饋，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化電壓外環(huán)的設(shè)計(jì)，同時(shí)起到限流保護(hù)的作用。
[0019]逆變器在并網(wǎng)后采用電流跟蹤控制，電流大小跟隨負(fù)載電流而變化。其中，電壓外環(huán)根據(jù)逆變器直流側(cè)電壓與其額定值之差，決定電流放大系數(shù)Ki ( 1，當(dāng)風(fēng)力機(jī)捕獲的功率小于本地負(fù)載功率時(shí)，限制輸出電流以維持逆變器直流側(cè)電壓不低額定值。在電流內(nèi)環(huán)，將本地負(fù)載電流放大后作為逆變器輸出電流的控制參考值，以滿足不向電網(wǎng)注入功率的要求。上述說(shuō)明并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，其特征在于，它包括風(fēng)力機(jī)(1)、發(fā)電機(jī)(2)、整流器(5)、直流調(diào)壓負(fù)載(6)、逆變器(7)、濾波器(8)、變換器(9)和調(diào)節(jié)器(10); 風(fēng)力機(jī)(1)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)(2)將風(fēng)力機(jī)(1)獲得的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)(2)的定子通過(guò)功率繞組接入電網(wǎng)(3)，發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子通過(guò)繞組連接整流器(5)的交流信號(hào)輸入輸出端，整流器(5)的直流信號(hào)輸入輸出端連接直流調(diào)壓負(fù)載(6)信號(hào)輸入輸出端，直流調(diào)壓負(fù)載(6)信號(hào)輸入輸出端連接逆變器(7)的直流信號(hào)輸入輸出端，逆變器(7)的交流信號(hào)輸入輸出端連接濾波器(8)的信號(hào)輸入輸出端，濾波器(8)的信號(hào)輸入輸出端連接變換器(9)的一個(gè)信號(hào)輸入輸出端，變換器(9)的另一個(gè)信號(hào)輸入端連接調(diào)節(jié)器(10)的調(diào)節(jié)信號(hào)輸入輸出端，變換器(9)的信號(hào)輸入輸出端連接電網(wǎng)(3)的另一個(gè)電壓信號(hào)輸入輸出端，電網(wǎng)(3)為電網(wǎng)負(fù)載(4)供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，其特征在于，發(fā)電機(jī)(3)為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，其特征在于，整流器(5)為橋式整流器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，其特征在于，變換器(9)為雙向功率變換器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)器(10)為比例積分式調(diào)節(jié)器。
【專利摘要】風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制裝置，涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制技術(shù)解決。解決了現(xiàn)有的變速恒頻發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制裝置和方法對(duì)電網(wǎng)的沖擊力大，穩(wěn)定性差的問(wèn)題，本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)的定子通過(guò)功率繞組接入電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)繞組連接整流器的交流信號(hào)輸出端，整流器的直流信號(hào)輸入輸出端連接直流調(diào)壓負(fù)信號(hào)輸入輸出端，直流調(diào)壓負(fù)載信號(hào)輸入輸出端連接逆變器的直流信號(hào)輸入輸出端，逆變器的交流信號(hào)輸入輸出端連接濾波器的信號(hào)輸入輸出端，濾波器的信號(hào)輸入輸出端連接變換器的一個(gè)信號(hào)輸入輸出端，變換器的信號(hào)輸入輸出端連接電網(wǎng)的另一個(gè)電壓信號(hào)輸入輸出端。本實(shí)用新型適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制使用。
【IPC分類】H02J3/38
【公開(kāi)號(hào)】CN204967288
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520798754
【發(fā)明人】于海洋, 祖光鑫, 徐冰亮, 董爾佳, 郭裊, 郝文波, 張明江, 陳曉光
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 黑龍江省電力科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日