双馈风力发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双馈风力发电系统，该双馈风力发电系统包括：双馈发电机、空气断路器、网侧电抗器、网侧功率变换器、机侧功率变换器及机侧电抗器；所述双馈发电机的定子配置有定子并网接触器和定子短接接触器，所述空气断路器一端连接至电网，另一端分别与所述网侧电抗器和电机定子的定子并网接触器相连；所述网侧功率变换器的一端与所述网侧电抗器连接，另一端连接有直流母线和泄放电路；所述机侧功率变换器的一端连接所述泄放电路，另一端连接所述机侧电抗器的一端，所述机侧电抗器的另一端连接于所述双馈发电机的转子。因此，本实用新型专利技术的双馈风力发电系统能够在提高低风速风能利用率的同时使电网电压跌落时直流母线电压可控。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风电
，特别涉及一种双馈风力发电系统。
技术介绍
在能源短缺和环境污染日益严重的今天，风能作为最重要的替代能源之一引起了越来越多的重视，风力发电技术在世界范围内得到了巨大的发展。目前，据资料显示，随着全国装机容量逐渐增长，风资源良好的风电场基本上被划分完毕，低风速资源的风电场已经越来越受青睐，而且全国可利用的低风速资源面积约占总风能资源区的68％。由于变换器额定功率以及可控电压范围的限制，导致现有双馈发电机组在低风速区间，不能低风速并网运行，直接降低了风能的利用效率。对此，曾有人提出在低风速区间，双馈发电机机组运行模式为鼠笼式发电模式，但是，本申请的专利技术人发现：如何在鼠笼运行模式下实现低电压穿越是技术难点，但却并没有明确有效的解决方案。而现有的解决方法在低电压穿越时，会触发Crowbar泄放能量，与此同时，机侧模块需要停止工作几十毫秒，这会造成系统无功不可控，因此很难实现低电压穿越时，为电网提供无功功率支持。而且，甚至有些方案，还会吸收大量无功。
技术实现思路
有鉴于此，本技术实施例的目的在于提出一种双馈风力发电系统，能够在提高低风速风能利用率的同时使电网电压跌落时直流母线电压可控。进一步来讲，本技术提出的双馈风力发电系统包括：双馈发电机、空气断路器、网侧电抗器、网侧功率变换器、机侧功率变换器及机侧电抗器；所述双馈发电机的定子配置有定子并网接触器和定子短接接触器，所述空气断路器一端连接至电网，另一端分别与所述网侧电抗器和电机定子的定子并网接触器相连；所述网侧功率变换器的一端与所述网侧电抗器连接，另一端连接有直流母线和泄放电路；所述机侧功率变换器的一端连接所述泄放电路，另一端连接所述机侧电抗器的一端，所述机侧电抗器的另一端连接于所述双馈发电机的转子。可选地，在一些实施例中，所述泄放电路为斩波吸收电路，并联在直流母线上；所述斩波吸收电路包括Rc功耗电阻、开关器件及其吸收电路。可选地，在一些实施例中，所述吸收电路包含电阻Rs、二极管Ds及电容Cs，电阻Rs与二极管Ds并联，且与电容Cs串联.可选地，在一些实施例中，所述吸收电路包含电阻Rs、电容Cs及开关器件，电阻Rs与电容Cs串联，与开关器件并联。可选地，在一些实施例中，所述泄放电路为Crowbar电路模块，所述Crowbar电路模块设置在发电机转子侧回路。可选地，在一些实施例中，所述网侧功率变换器采用双闭环设计，外环为电压无功环，内环为电流环。可选地，在一些实施例中，所述直流母线电压高于设置的阈值时，所述斩波吸收电路启动，用于泄放直流侧能量。可选地，在一些实施例中，所述网侧功率变换器的前馈系统用于控制所述斩波吸收电路的动作次数，并将泄放的电能回馈到电网上。可选地，在一些实施例中，所述前馈系统还用于实时获取机侧功率变换器的流入或流出到网侧功率变换器的电流，抑制直流母线电压升高。可选地，在一些实施例中，所述机侧功率变换器用于根据电压跌落的情况控制其电磁功率输入，限制所述直流母线电压的上升速度。与现有技术相比，本技术实施例具有以下优点：本技术的双馈风力发电系统中，省去Crowbar泄放电阻，解决了Crowbar电路工作时，切换过程冲击大，转子侧电流波形差，失去可控性等缺点；并且，采用鼠笼式发电运行模式，在提高低风速风能利用率的同时，满足电网电压跌落时，直流母线电压可控且发出一定的无功支撑电网恢复。另外，通过控制双馈风力发电机运行模式来提高低风速段的风能利用率和发电量，同时满足低风速运行区域的低电压穿越技术要求，并且其成本较低，可靠性高。附图说明构成本技术实施例一部分的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施例提供的双馈风力发电系统的电路原理示意图；图2A为本技术实施例提供的一种斩波吸收电路原理示意图；图2B为本技术实施例提供的另一种斩波吸收电路原理示意图；图3为本技术实施例中网侧功率变换器控制原理示意图；图4为本技术实施例中机侧功率变换器控制原理示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本技术的各优选实施例作进一步说明：参照图1，其示出了本实施例提出的双馈风力发电系统的结构原理，该双馈风力发电系统包括：双馈发电机、空气断路器、网侧电抗器、网侧功率变换器、机侧功率变换器、以及机侧电抗器。如图1所示，双馈发电机的定子配置有定子并网接触器和定子短接接触器，空气断路器一端连接至电网，另一端分别与网侧电抗器和电机定子的定子并网接触器相连。网侧功率变换器的一端与网侧电抗器连接，另一端连接有直流母线和泄放电路。机侧功率变换器的一端连接泄放电路，另一端连接机侧电抗器的一端，机侧电抗器的另一端连接于双馈发电机的转子。其中，网侧功率变换器的前馈系统用于控制斩波吸收电路的动作次数，并将泄放的电能回馈到电网上。作为一种可选的实施方式，上述实施例中，网侧功率变换器采用双闭环设计，外环为电压无功环，内环为电流环。可选的是，直流母线电压高于设置的阈值时，斩波吸收电路启动，用于泄放直流侧能量。上述实施例中，机侧功率变换器用于根据电压跌落的情况控制其电磁功率输入，限制直流母线电压的上升速度，根据鼠笼发电机的特性来实现鼠笼电机的转矩分量和磁链分量的解耦控制。以图1所示的双馈风力发电系统为例，其为宽风速双馈风力发电系统，可包括：电网，双馈发电机，空气断路器K1，网侧PWM功率变换器，机侧PWM功率变换器，直流母线，du/dt电抗器L1、L2，定子并网接触器KM1，定子短接接触器KM2以及斩波吸收电路模块等。其中，空气断路器K1一端与电网相连，另一端与网侧PWM功率变换器和电机定子相连。定子连接有定子并网接触器KM1以及定子短接接触器KM2、网侧PWM功率变换器与机侧PWM功率变换器，并通过直流母线与斩波吸收电路相连。其中，du/dt电抗器一端与机侧功率变换器交流出线相连。上述实施例中，采用上述双馈风力发电系统能有效提高风能利用率和发电量的同时，满足低风速运行区域的低电压穿越技术要求，并且其成本较低，可靠性高。作为一种可选的实施方式，上述实施例中，泄放电路可为斩波吸收(Chopper)电路。参照图2A和图2B，其为Chopper电路的电路原理示意图，Chopper电路并联在直流母线上，可选的是，Chopper电路可包括Rc功耗电阻、开关器件及其吸收电路。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双馈风力发电系统，其特征在于，包括：双馈发电机、空气断路器、网侧电抗器、网侧功率变换器、机侧功率变换器及机侧电抗器；所述双馈发电机的定子配置有定子并网接触器和定子短接接触器，所述空气断路器一端连接至电网，另一端分别与所述网侧电抗器和电机定子的定子并网接触器相连；所述网侧功率变换器的一端与所述网侧电抗器连接，另一端连接有直流母线和泄放电路；所述机侧功率变换器的一端连接所述泄放电路，另一端连接所述机侧电抗器的一端，所述机侧电抗器的另一端连接于所述双馈发电机的转子。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电系统，其特征在于，包括：双馈发电机、空气断路器、网侧电抗器、网侧功率变换器、机侧功率变换器及机侧电抗器；
所述双馈发电机的定子配置有定子并网接触器和定子短接接触器，所述空气断路器一端连接至电网，另一端分别与所述网侧电抗器和电机定子的定子并网接触器相连；
所述网侧功率变换器的一端与所述网侧电抗器连接，另一端连接有直流母线和泄放电路；
所述机侧功率变换器的一端连接所述泄放电路，另一端连接所述机侧电抗器的一端，所述机侧电抗器的另一端连接于所述双馈发电机的转子。
2.根据权利要求1所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述泄放电路为斩波吸收电路，并联在直流母线上；所述斩波吸收电路包括Rc功耗电阻、开关器件及其吸收电路。
3.根据权利要求2所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述吸收电路包含电阻Rs、二极管Ds及电容Cs，电阻Rs与二极管Ds并联，且与电容Cs串联。
4.根据权利要求2所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述吸收电路包含电阻Rs、电容Cs及开关器件，电阻Rs与电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彦霞，
申请(专利权)人：三一重型能源装备有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11