一種變流器系統(tǒng)及雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)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(fēng)力發(fā)電在全世界范圍內(nèi)獲得了迅猛的發(fā)展。兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和全功率式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。如圖1所示，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由塔筒(圖中未示出)、風(fēng)機(jī)、齒輪箱、雙饋發(fā)電機(jī)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(wǎng)，副方連接低壓的內(nèi)部電網(wǎng)，雙饋發(fā)電機(jī)及變流器系統(tǒng)位于風(fēng)機(jī)、齒輪箱和內(nèi)部電網(wǎng)之間，是實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)及變流器系統(tǒng)。雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸與風(fēng)機(jī)、齒輪箱機(jī)械連接，接受機(jī)械能，定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組均可饋送電能；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及定子斷路器QFl。其中變流器包含通過(guò)直流母線電氣連接的機(jī)側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，負(fù)責(zé)處理雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支路上的功率。雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組通過(guò)定子接觸器Kl及定子斷路器QFl連接至定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點(diǎn)，而雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組則需通過(guò)變流器連接至定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點(diǎn)，該定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點(diǎn)位于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部電網(wǎng)。一般地，雙饋發(fā)電機(jī)正常運(yùn)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(yùn)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(jī)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(yùn)行滑差率的絕對(duì)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(shí)，雙饋發(fā)電機(jī)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(jī)實(shí)際運(yùn)行滑差率的絕對(duì)值的乘積。一般雙饋發(fā)電機(jī)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(jī)的極限運(yùn)行的轉(zhuǎn)速范圍邊界上(對(duì)應(yīng)滑差率的絕對(duì)值一般為0.33)，雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子端口電壓與定子電壓的比值在I附近，即此時(shí)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(dāng)。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(jī)側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器所需處理的電壓都在690V級(jí)別。上述設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相對(duì)于全功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。
[0004]上述現(xiàn)有的變流器系統(tǒng)在雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)，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(kāi)，否則由于連接至內(nèi)部電網(wǎng)上的雙饋發(fā)電機(jī)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(dá)2100V)直接施加至變換器子系統(tǒng)，會(huì)損壞變換器子系統(tǒng)，甚至發(fā)生更嚴(yán)重的事故。因?yàn)椴糠诛L(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力狀況波動(dòng)較為頻繁，這會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頻繁的啟機(jī)、停機(jī)，而定子斷路器QFl往往存在有限的機(jī)械和電氣動(dòng)作次數(shù)限制，故定子斷路器QFl —般主要承擔(dān)系統(tǒng)故障及檢修時(shí)的保護(hù)功能，而定子接觸器Kl則承擔(dān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常啟機(jī)、停機(jī)時(shí)的閉合、斷開(kāi)操作(此時(shí)沖擊電流往往不大)。因接觸器的動(dòng)作次數(shù)限制比斷路器會(huì)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，這樣可保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命O
[0005]上述現(xiàn)有的變流器系統(tǒng)在風(fēng)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，影響了變流器系統(tǒng)乃至整個(gè)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。以2.0MW雙饋發(fā)電機(jī)及變流器系統(tǒng)為例，一般需使用2100A的定子接觸器，其售價(jià)目前大約在3萬(wàn)元人民幣以上，而且小電流接觸器相對(duì)大電流接觸器的動(dòng)作次數(shù)限制會(huì)更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)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(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的缺陷。
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題之二在于，提供一種雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，克服現(xiàn)有定子接觸器成本高，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的缺陷。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題之一所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種變流器系統(tǒng)，包括變流器、定子斷路器和網(wǎng)側(cè)保護(hù)裝置；
[0009]該變流器包括通過(guò)直流母線連接的機(jī)側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，該機(jī)側(cè)變換器連接雙饋發(fā)電機(jī)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(diǎn)；
[0010]該定子斷路器連接在雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組與定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點(diǎn)之間；
[0011]該網(wǎng)側(cè)保護(hù)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(diǎn)之間；
[0012]與所述變流器系統(tǒng)配套的雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)，該轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)連接在該機(jī)側(cè)變換器與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組之間。
[0014]在本發(fā)明的變流器系統(tǒng)中，所述網(wǎng)側(cè)保護(hù)裝置為斷路器或熔斷器。
[0015]在本發(fā)明的變流器系統(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(jī)的定子繞組之間的三相線路上。
[0016]在本發(fā)明的變流器系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)為接觸器或晶閘管開(kāi)關(guān)。
[0017]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題之二所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括塔筒、風(fēng)機(jī)、齒輪箱、雙饋發(fā)電機(jī)、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(jī)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、定子斷路器和網(wǎng)側(cè)保護(hù)裝置；該變流器包括通過(guò)直流母線連接的機(jī)側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器，該機(jī)側(cè)變換器連接雙饋發(fā)電機(jī)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(diǎn)；
[0018]該定子斷路器連接在雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組與定轉(zhuǎn)子支路電氣匯集點(diǎn)之間；
[0019]該網(wǎng)側(cè)保護(hù)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(diǎn)之間；
[0020]其特征在于，該變流器系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)，該轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)連接在該機(jī)側(cè)變換器與雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組之間。
[0021]在本發(fā)明的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，所述網(wǎng)側(cè)保護(hù)裝置為斷路器或熔斷器。
[0022]在本發(fā)明的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)的定子繞組之間的三相線路上。
[0023]在本發(fā)明的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，所述轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)為接觸器或晶閘管開(kāi)關(guān)。
[0024]實(shí)施本發(fā)明的變流器系統(tǒng)及雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其有益效果是:
[0025]1.對(duì)于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在變流器系統(tǒng)中變流器的機(jī)側(cè)變換器與雙饋發(fā)電的轉(zhuǎn)子繞組之間設(shè)置轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)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)置在風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支路上的開(kāi)關(guān)電流等級(jí)遠(yuǎn)小于設(shè)置在雙饋發(fā)電機(jī)的定子支路上的開(kāi)關(guān)電流等級(jí)，故本發(fā)明設(shè)置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的開(kāi)關(guān)價(jià)格要遠(yuǎn)低于設(shè)置在發(fā)電機(jī)定子支路上的開(kāi)關(guān)價(jià)格，從而降低現(xiàn)有變流器系統(tǒng)及整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建設(shè)成本，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性；以2.0MW變流器系統(tǒng)為例，其轉(zhuǎn)子額定電流可達(dá)520A，可使用630A的轉(zhuǎn)子接觸器，其售價(jià)目前在0.5萬(wàn)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(jià)大約在3萬(wàn)元以上，而且小電流接觸器相對(duì)大電流接觸器的動(dòng)作次數(shù)限制會(huì)更高，故其經(jīng)濟(jì)性是相當(dāng)可觀的；
[0026]2.系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常啟機(jī)、停機(jī)時(shí)由設(shè)置的轉(zhuǎn)子之路上的轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)變流器與雙饋發(fā)電機(jī)的接通與斷開(kāi)，在系統(tǒng)檢修時(shí)則可由定子斷路器和網(wǎng)側(cè)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的安全斷開(kāi)，使用方便。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本組成結(jié)構(gòu)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(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明變流器系統(tǒng)附加雙饋發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4是本發(fā)明變流器系統(tǒng)實(shí)施例一附加雙饋發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5是本發(fā)明變流器系統(tǒng)實(shí)施例二附加雙饋發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖6是本發(fā)明變流器系統(tǒng)實(shí)施例三