一種雙饋式變流器系統(tǒng)及雙饋式風力發(fā)電機組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[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(nèi)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、雙饋式變流器系統(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(wǎng)，副方連接低壓的內(nèi)部電網(wǎng)，雙饋發(fā)電機及變流器系統(tǒng)位于風機、齒輪箱和內(nèi)部電網(wǎng)之間，是實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)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)電機及雙饋式變流器系統(tǒng)。雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸與風機、齒輪箱機械連接，接受機械能，定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組均可饋送電能。雙饋式變流器系統(tǒng)一般包含變流器，網(wǎng)側(cè)熔斷器FU2，定子接觸器Kl及主斷路器QF0。其中變流器包括通過直流母線連接的機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，負責處理雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)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連接至定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點，而雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組則需通過變流器連接至定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點，定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點再通過主斷路器QH)連接至雙饋式風力發(fā)電機組的內(nèi)部電網(wǎng)。一般地，雙饋發(fā)電機正常運行的轉(zhuǎn)速范圍為同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速范圍為同步轉(zhuǎn)速的0.67到1.33倍之間，即滑差率為0.33至-0.33之間。根據(jù)雙饋發(fā)電機的功率關(guān)系特性，即轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子端口電壓與定子電壓的比值，為轉(zhuǎn)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。一般地，雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速范圍邊界上(對應(yīng)滑差率的絕對值一般為0.33)，雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子端口電壓與定子電壓的比值在I附近，即此時轉(zhuǎn)子端口電壓與定子電壓即內(nèi)部電網(wǎng)電壓的數(shù)值相當。通常內(nèi)部電網(wǎng)配置為額定值為690V的交流電，這樣，變流器中的機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器所需處理的電壓都在690V級別。上述設(shè)計，充分體現(xiàn)了雙饋式風力發(fā)電機組相對于全功率式風力發(fā)電機組的經(jīng)濟性優(yōu)勢。
[0004]上述現(xiàn)有的雙饋式變流器系統(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和主斷路器QR)其中至少之一必需斷開，否則由于連接至內(nèi)部電網(wǎng)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(zhuǎn)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(dǎo)致風力發(fā)電機組頻繁的啟機、停機，而主斷路器QH)往往存在有限的機械和電氣動作次數(shù)限制，故主斷路器QH)—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(shè)計壽命O
[0005]上述現(xiàn)有的雙饋式變流器系統(tǒng)在風電行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)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(chǎn)成本往往較高，影響了雙饋式變流器系統(tǒng)乃至整個雙饋式風力發(fā)電機組的經(jīng)濟性。以2.(MW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(nèi)容】
[0006]本實用新型要解決的技術(shù)問題之一在于，提供一種雙饋式變流器系統(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(jīng)濟性的缺陷。
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)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(jīng)濟性的缺陷。
[0008]本實用新型解決其技術(shù)問題之一所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種雙饋式變流器系統(tǒng)，包括變流器、主斷路器和網(wǎng)側(cè)保護裝置；
[0009]該變流器包括通過直流母線連接的機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，該機側(cè)變換器連接雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組，該網(wǎng)側(cè)變換器連接定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點；
[0010]該主斷路器連接在定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點靠近內(nèi)部電網(wǎng)一側(cè)的的主電路上；
[0011]該網(wǎng)側(cè)保護裝置連接在該網(wǎng)側(cè)變換器與該定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點之間；
[0012]與所述雙饋式變流器系統(tǒng)配套的雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組的匝比大于I;
[0013]其特征在于，該雙饋式變流器系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)，該轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)連接在該機側(cè)變換器與雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組之間。
[0014]在本實用新型的雙饋式變流器系統(tǒng)中，所述網(wǎng)側(cè)保護裝置為斷路器或熔斷器。
[0015]在本實用新型的雙饋式變流器系統(tǒng)中，包括電容組，該電容組為星形接法或三角形接法，連接在所述定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點與雙饋發(fā)電機的定子繞組之間的三相線路上。
[0016]在本實用新型的雙饋式變流器系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)為接觸器或晶閘管開關(guān)。
[0017]本實用新型解決其技術(shù)問題之二所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)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(zhuǎn)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、主斷路器和網(wǎng)側(cè)保護裝置；
[0018]該變流器包括通過直流母線連接的機側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，該機側(cè)變換器連接雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組，該網(wǎng)側(cè)變換器連接定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點；
[0019]該主斷路器連接在定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點靠近內(nèi)部電網(wǎng)一側(cè)的主電路上；
[0020]該網(wǎng)側(cè)保護裝置連接在該網(wǎng)側(cè)變換器與該定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點之間；
[0021]其特征在于，該雙饋式變流器系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)，該轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)連接在該機側(cè)變換器與雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組之間。
[0022]在本實用新型的雙饋式風力發(fā)電機組中，所述網(wǎng)側(cè)保護裝置為斷路器或熔斷器。
[0023]在本實用新型的雙饋式風力發(fā)電機組中，包括電容組，該電容組為星形接法或三角形接法，連接在所述定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點與雙饋發(fā)電機的定子繞組之間的三相線路上。
[0024]在本實用新型的雙饋式風力發(fā)電機組中，所述轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)為接觸器或晶閘管開關(guān)。
[0025]實施本實用新型的雙饋式變流器系統(tǒng)及雙饋式風力發(fā)電機組，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是:
[0026]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(cè)變換器與雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組之間設(shè)置轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)，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(shè)置在雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子支路上的開關(guān)電流等級遠小于設(shè)置在雙饋發(fā)電機定子支路上的開關(guān)電流等級，使得本實用新型設(shè)置在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)的開關(guān)價格要遠低于設(shè)置在發(fā)電機定子側(cè)的開關(guān)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(shè)成本，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性；以2.(MW雙饋式變流器系統(tǒng)為例，其轉(zhuǎn)子側(cè)額定電流可達520A，可使用630A的轉(zhuǎn)子接觸器，其售價目前在0.5萬元左右，而現(xiàn)有系統(tǒng)一般需采用的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(jīng)濟性是相當可觀的；
[0027]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(shè)置的轉(zhuǎn)子之路上的轉(zhuǎn)子側(cè)開關(guān)實現(xiàn)變流器與雙饋發(fā)電機的接通與斷開，在系統(tǒng)檢修時則可由主斷路器實現(xiàn)與電網(wǎng)的安全斷開，使用方便。
【附圖說明】
[0028]圖1是雙饋式風力發(fā)電機組基本組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是現(xiàn)有的雙饋式變流器系統(tǒng)附加雙饋發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3是本實用新型雙饋式變流器系統(tǒng)附加雙饋發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖4是本實用新型雙饋式變流器系統(tǒng)實施例一附加雙饋發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖5是本實用新型雙饋式變流器系統(tǒng)實施例二附加雙饋發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。