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一種變流器系統(tǒng)及雙饋式風力發(fā)電機組的制作方法

文檔序號:8868178閱讀:594來源:國知局
一種變流器系統(tǒng)及雙饋式風力發(fā)電機組的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于風力發(fā)電的變流器系統(tǒng),還涉及使用該變流器系統(tǒng)的雙饋式風力發(fā)電機組。
【背景技術】
[0002]作為清潔、可再生、有著巨大潛力的新能源,風力發(fā)電在全世界范圍內獲得了迅猛的發(fā)展。兆瓦級風力發(fā)電機組主要有雙饋式風力發(fā)電機組和全功率式風力發(fā)電機組。如圖1所示,雙饋式風力發(fā)電機組主要由塔筒(圖中未示出)、風機、齒輪箱、雙饋發(fā)電機及變流器系統(tǒng)、變壓器、變槳裝置和主控制器等組成。其中,變壓器原方連接高壓的外部電網,副方連接低壓的內部電網,雙饋發(fā)電機及變流器系統(tǒng)位于風機、齒輪箱和內部電網之間,是實現(xiàn)機電能量轉換和控制的核心系統(tǒng)。
[0003]如圖2所示為現(xiàn)有的雙饋發(fā)電機及變流器系統(tǒng)。雙饋發(fā)電機的轉子軸與風機、齒輪箱機械連接,接受機械能,定子繞組、轉子繞組均可饋送電能;變流器系統(tǒng)一般包含變流器,網側熔斷器FU2,定子接觸器Kl及定子斷路器QFl。其中變流器包含通過直流母線電氣連接的機側變換器和網側變換器,負責處理雙饋發(fā)電機轉子支路上的功率。雙饋發(fā)電機的定子繞組通過定子接觸器Kl及定子斷路器QFl連接至定轉子支路電氣匯集點,而雙饋發(fā)電機的轉子繞組則需通過變流器連接至定轉子支路電氣匯集點,該定轉子支路電氣匯集點位于雙饋式風力發(fā)電機組的內部電網。一般地,雙饋發(fā)電機正常運行的轉速范圍為同步轉速的0.8到1.2倍之間,即滑差率為0.2至-0.2之間,極限運行的轉速范圍為同步轉速的0.67到1.33倍之間,即滑差率為0.33至-0.33之間。根據雙饋發(fā)電機的功率關系特性,即轉子處理功率與定子處理功率的比率為其運行滑差率的絕對值,故變換器子系統(tǒng)需要處理的最大功率為系統(tǒng)總功率的1/4左右。同時,雙饋發(fā)電機的轉子端口電壓與定子電壓的比值,為轉子繞組與定子繞組的變比和雙饋發(fā)電機實際運行滑差率的絕對值的乘積。一般雙饋發(fā)電機的轉子繞組與定子繞組的變比為3:1左右。這樣,在雙饋發(fā)電機的極限運行的轉速范圍邊界上(對應滑差率的絕對值一般為0.33),雙饋發(fā)電機的轉子端口電壓與定子電壓的比值在I附近,即此時轉子端口電壓與定子電壓即內部電網電壓的數(shù)值相當。通常內部電網配置為額定值為690V的交流電,這樣,變流器中的機側變換器和網側變換器所需處理的電壓都在690V級別。上述設計,充分體現(xiàn)了雙饋式風力發(fā)電機組相對于全功率風力發(fā)電機組的經濟性優(yōu)勢。
[0004]上述現(xiàn)有的變流器系統(tǒng)在雙饋式風力發(fā)電機組停機時,定子支路上的定子接觸器Kl和定子斷路器QFl其中至少之一必需斷開,否則由于連接至內部電網上的雙饋發(fā)電機所處的大滑差狀態(tài)(滑差率為I)引發(fā)的高轉子電壓(可達2100V)直接施加至變換器子系統(tǒng),會損壞變換器子系統(tǒng),甚至發(fā)生更嚴重的事故。因為部分風電場的風力狀況波動較為頻繁,這會導致風力發(fā)電機組頻繁的啟機、停機,而定子斷路器QFl往往存在有限的機械和電氣動作次數(shù)限制,故定子斷路器QFl —般主要承擔系統(tǒng)故障及檢修時的保護功能,而定子接觸器Kl則承擔風力發(fā)電機組正常啟機、停機時的閉合、斷開操作(此時沖擊電流往往不大)。因接觸器的動作次數(shù)限制比斷路器會高出一個數(shù)量級以上,這樣可保證系統(tǒng)的設計壽命O
[0005]上述現(xiàn)有的變流器系統(tǒng)在風電行業(yè)中已得到廣泛應用,但其中的定子接觸器K1,由于其額定電流較大,在工業(yè)上整體用量較小,生產成本往往較高,影響了變流器系統(tǒng)乃至整個雙饋式風力發(fā)電機組的經濟性。以2.0MW雙饋發(fā)電機及變流器系統(tǒng)為例,一般需使用2100A的定子接觸器,其售價目前大約在3萬元人民幣以上,而且小電流接觸器相對大電流接觸器的動作次數(shù)限制會更高。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題之一在于,提供一種變流器系統(tǒng),克服現(xiàn)有定子接觸器成本高,影響變流器系統(tǒng)乃至整個風力發(fā)電機組經濟性的缺陷。
[0007]本實用新型要解決的技術問題之二在于,提供一種雙饋式風力發(fā)電機組,克服現(xiàn)有定子接觸器成本高,影響風力發(fā)電機組經濟性的缺陷。
[0008]本實用新型解決其技術問題之一所采用的技術方案是:構造一種變流器系統(tǒng),包括變流器、定子斷路器和網側保護裝置;
[0009]該變流器包括通過直流母線連接的機側變換器和網側變換器,該機側變換器連接雙饋發(fā)電機的轉子繞組,該網側變換器連接定轉子支路電氣匯集點;
[0010]該定子斷路器連接在雙饋發(fā)電機的定子繞組與定轉子支路電氣匯集點之間;
[0011]該網側保護裝置連接在該網側變換器與該定轉子支路電氣匯集點之間;
[0012]與所述變流器系統(tǒng)配套的雙饋發(fā)電機的轉子繞組與定子繞組的匝比大于I ;
[0013]其特征在于,該變流器系統(tǒng)還包括轉子側開關,該轉子側開關連接在該機側變換器與雙饋發(fā)電機的轉子繞組之間。
[0014]在本實用新型的變流器系統(tǒng)中,所述網側保護裝置為斷路器或熔斷器。
[0015]在本實用新型的變流器系統(tǒng)中,包括電容組,該電容組為三角形接法或者星形接法,連接在所述定子斷路器與雙饋發(fā)電機的定子繞組之間的三相線路上。
[0016]在本實用新型的變流器系統(tǒng)中,所述轉子側開關為接觸器或晶閘管開關。
[0017]本實用新型解決其技術問題之二所采用的技術方案是:構造一種雙饋式風力發(fā)電機組,包括塔筒、風機、齒輪箱、雙饋發(fā)電機、變流器系統(tǒng)、變壓器、變槳裝置和主控制器;該雙饋發(fā)電機的轉子繞組與定子繞組的匝比大于I;該變流器系統(tǒng)包括變流器、定子斷路器和網側保護裝置;該變流器包括通過直流母線連接的機側變換器和網側變換器,該機側變換器連接雙饋發(fā)電機的轉子繞組,該網側變換器連接定轉子支路電氣匯集點;
[0018]該定子斷路器連接在雙饋發(fā)電機的定子繞組與定轉子支路電氣匯集點之間;
[0019]該網側保護裝置連接在該網側變換器與該定轉子支路電氣匯集點之間;
[0020]其特征在于,該變流器系統(tǒng)還包括轉子側開關,該轉子側開關連接在該機側變換器與雙饋發(fā)電機的轉子繞組之間。
[0021]在本實用新型的雙饋式風力發(fā)電機組中,所述網側保護裝置為斷路器或熔斷器。
[0022]在本實用新型的雙饋式風力發(fā)電機組中,包括電容組,該電容組為三角形接法或者星形接法,連接在所述定子斷路器與雙饋發(fā)電機的定子繞組之間的三相線路上。
[0023]在本實用新型的雙饋式風力發(fā)電機組中,所述轉子側開關為接觸器或晶閘管開關。
[0024]實施本實用新型的變流器系統(tǒng)及雙饋式風力發(fā)電機組,與現(xiàn)有技術比較,其有益效果是:
[0025]1.對于雙饋式風力發(fā)電機組,在變流器系統(tǒng)中變流器的機側變換器與雙饋發(fā)電的轉子繞組之間設置轉子側開關,由于變流器需要處理的最大功率僅為系統(tǒng)總功率的1/4左右,故設置在風力雙饋發(fā)電機轉子支路上的開關電流等級遠小于設置在雙饋發(fā)電機的定子支路上的開關電流等級,故本實用新型設置在發(fā)電機轉子側的開關價格要遠低于設置在發(fā)電機定子支路上的開關價格,從而降低現(xiàn)有變流器系統(tǒng)及整個風力發(fā)電機組的建設成本,提高系統(tǒng)經濟性;以2.0MW變流器系統(tǒng)為例,其轉子額定電流可達520A,可使用630A的轉子接觸器,其售價目前在0.5萬元左右,而現(xiàn)有系統(tǒng)一般采用的2100A的定子接觸器的售價大約在3萬元以上,而且小電流接觸器相對大電流接觸器的動作次數(shù)限制會更高,故其經濟性是相當可觀的;
[0026]2.系統(tǒng)運行安全可靠,在風力發(fā)電機組正常啟機、停機時由設置的轉子之路上的轉子側開關實現(xiàn)變流器與雙饋發(fā)電機的接通與斷開,在系統(tǒng)檢修時則可由定子斷路器和網側保護裝置實現(xiàn)與電網的安全斷開,使用方便。
【附圖說明】
[0027]圖1是雙饋式風力發(fā)電機組基本組成結構示意圖。
[0028]圖2是現(xiàn)有的變流器系統(tǒng)附加雙饋發(fā)電機的結構示意圖。
[0029]圖3是本實用新型變流器系統(tǒng)附加雙饋發(fā)電機的結構示意圖。
[0030]圖4是本實用新型變流器系統(tǒng)實施例一附加雙饋發(fā)電機的結構示意圖。
[0031]圖5是本實用新型變流器系統(tǒng)實施例二附加雙饋發(fā)電機的結構示意圖。
[0032]圖6是本
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