风力发电控制装置及风力发电系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风力发电控制装置及风力发电系统，该风力发电控制装置耦接于风机和电网之间，包括：变换器单元，包括机侧变换器、直流母线电容和网侧变换器，所述机侧变换器的交流侧耦接于所述风机的转子侧，所述机侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的交流侧耦接至所述电网；以及切换单元，用于当风速满足切换条件时，所述风力发电控制装置在双馈发电运行模式与全功率运行模式之间切换。

【技术实现步骤摘要】
风力发电控制装置及风力发电系统
本专利技术涉及一种风力发电领域，尤其涉及一种适于不同风速环境下的风力发电控制装置及风力发电系统。
技术介绍
众所周知，目前的兆瓦级风力发电系统中主要包括两种风力发电机组，即，全功率风力发电机组和双馈风力发电机组。换言之，当前的一种风力发电机组采用双馈风力发电运行模式，而另一种风力发电机组采用全功率运行模式。一般来说，全功率风力发电机组主要由全功率变换器和全功率发电机(如，永磁同步发电机、电励磁发电机、感应发电机)组成，其发电运行范围宽，切入风速低，发电效率高，对电网的适应性好。然而，全功率风力发电机和全功率变换器价格昂贵。双馈风力发电机组主要由双馈感应发电机和双馈变换器组成，其相对于全功率机组价格便宜，但在低风速下的发电效率较低。此外，双馈式风力发电机组采用的双馈电机本身在低转速下的损耗较大，并且由于变换器所使用的晶体管的工作电压限制，双馈风机存在运行转速的下限，在低风速区域不能维持最佳尖速比运行，发电运行范围窄。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种能够在低风速和高风速模式下切换的风力发电控制装置。本专利技术的另一目的在于提供一种适用于低风速和高风速环境的风力发电系统。本专利技术的风力发电控制装置，耦接于风机和电网之间，包括：变换器单元，包括机侧变换器、直流母线电容和网侧变换器，所述机侧变换器的交流侧耦接于所述风机的转子侧，所述机侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的交流侧耦接至所述电网；以及切换单元，用于当风速满足切换条件时，所述风力发电控制装置在双馈发电运行模式与全功率运行模式之间切换。在其中的一实施例，所述切换单元包括模式切换开关和并网开关，其中：所述模式切换开关的第一端耦接于所述风机的定子侧以及所述并网开关的第一端，所述模式切换开关的第二端短接；所述并网开关的第一端耦接于所述风机的定子侧，所述并网开关的第二端耦接至所述电网。在其中的一实施例，所述风力发电控制装置还包括网侧开关和入网开关，其中：所述网侧开关的第一端耦接于所述网侧变换器，所述网侧开关的第二端与所述并网开关的第二端耦接并形成一公共节点；所述入网开关设置在所述公共节点与所述电网之间。在其中的一实施例，当所述风力发电控制装置切换为全功率运行模式时，所述并网开关断开，所述模式切换开关、所述网侧开关和所述入网开关闭合；当所述风力发电控制装置切换为双馈发电运行模式时，所述模式切换开关断开，所述并网开关、所述网侧开关和所述入网开关闭合。在其中的一实施例，还包括控制单元，用于根据一控制信号控制所述切换单元在所述双馈发电运行模式与所述全功率运行模式之间切换。在其中的一实施例，所述控制单元包括：接收模块，用于接收风速数据；比较模块，用于将接收到的所述风速数据与一预定风速数据相比较生成一比较结果；产生模块，用于根据所述比较结果产生所述控制信号。在其中的一实施例，所述控制单元包括：接收模块，用于接收切换指令；产生模块，用于根据所述切换指令产生所述控制信号。在其中的一实施例，当处于所述全功率运行模式时，所述风机的转子侧、所述变换器单元与所述电网间形成第三输电路径；当处于所述双馈发电运行模式时，所述风机的定子侧与所述电网间形成第一输电路径，所述风机的转子侧、所述变换器单元与所述电网间形成第二输电路径。在其中的一实施例，所述模式切换开关和所述并网开关为电子开关、机械开关或电子开关与机械开关形成的组合开关。在其中的一实施例，所述风力发电控制装置还包括能量平衡单元，用于所述电网发生短路故障时保持所述风力发电系统能量平衡，以实现在预定时间内保持并网，并同时发出无功电流。在其中的一实施例，所述能量平衡单元为直流斩波器，耦接于所述直流母线电容的第一端和第二端。在其中的一实施例，在所述双馈发电运行模式下发生电网短路故障时，所述网侧变换器稳定母线电压，所述机侧变换器根据电压跌落深度自风机的所述定子侧发感性无功电流，所述直流斩波器根据直流母线电压的大小进行开通或关断以维持机侧变换器与网侧变换器的能量平衡。在其中的一实施例，在所述全功率运行模式下发生电网短路故障时，所述网侧变换器稳定母线电压并根据电压跌落深度发感性无功电流,以对电网电压提供支撑，所述直流斩波器根据直流母线电压的大小进行开通或关断以维持机侧变换器与网侧变换器的能量平衡。本专利技术的风力发电系统，耦接于电网，包括：风机；以及风力发电控制装置，耦接于所述风机和所述电网之间，用于控制所述风力发电系统与所述电网之间的功率流向，其中，所述风力发电控制装置为如上所述的风力发电控制装置。在其中的一实施例，所述切换单元包括模式切换开关和并网开关，其中：所述模式切换开关的第一端耦接于所述风机的定子侧以及所述并网开关的第一端，所述模式切换开关的第二端短接；所述并网开关的第一端耦接于所述风机的定子侧，所述并网开关的第二端耦接至所述电网。在其中的一实施例，所述风力发电控制装置还包括网侧开关和入网开关，其中：所述网侧开关的第一端耦接于所述网侧变换器，所述网侧开关的第二端与所述并网开关的第二端耦接并形成一公共节点；所述入网开关设置在所述公共节点与所述电网之间。在其中的一实施例，当所述风力发电控制装置切换为全功率运行模式时，所述并网开关断开，所述模式切换开关、所述网侧开关和所述入网开关闭合；当所述风力发电控制装置切换为双馈发电运行模式时，所述模式切换开关断开，所述并网开关、所述网侧开关和所述入网开关闭合。在其中的一实施例，所述模式切换开关和所述并网开关为电子开关、机械开关或电子开关与机械开关形成的组合开关。在其中的一实施例，所述风力发电控制装置还包括能量平衡单元，用于所述电网发生短路故障时保持所述风力发电系统能量平衡，以实现在预定时间内保持并网，并同时发出无功电流。在其中的一实施例，所述能量平衡单元为直流斩波器，耦接于所述直流母线电容的第一端和第二端。在其中的一实施例，在所述双馈发电运行模式下发生电网短路故障时，所述网侧变换器稳定母线电压，所述机侧变换器根据电压跌落深度自风机的所述定子侧发感性无功电流，所述直流斩波器根据直流母线电压的大小进行开通或关断以维持机侧变换器与网侧变换器的能量平衡。在其中的一实施例，在所述全功率运行模式下发生电网短路故障时，所述网侧变换器稳定母线电压并根据电压跌落深度发感性无功电流,以对电网电压提供支撑，所述直流斩波器根据直流母线电压的大小进行开通或关断以维持机侧变换器与网侧变换器的能量平衡。本专利技术在切换单元的控制下可以使风机在低风速运行模式和中高风速运行模式下工作，既具有双馈机组价格低廉的优点，同时可以实现双馈机组的低风速条件下的全功率运行模式，从而有效地提高了双馈机组在低风速下的发电效率，解决了发电运行范围窄的缺点。附图说明图1为本专利技术一实施例的风力发电控制装置的示意图；图2a、2b为本专利技术一实施例的风力发电控制装置中控制单元的结构示意框图；图3a为本专利技术的风力发电控制装置处于低风速运行模式的示意图；图3b为本专利技术的风力发电控制装置处于中高风速运行模式的示意图；图4为本专利技术一实施例采用双向电子开关的风机发电系统示意图；图5为图4中几类双向电子开关的示意图；图6为本专利技术一实施例采用组合开关的风机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电控制装置，耦接于风机和电网之间，其特征在于，包括：变换器单元，包括机侧变换器、直流母线电容和网侧变换器，所述机侧变换器的交流侧耦接于所述风机的转子侧，所述机侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的交流侧耦接至所述电网；以及切换单元，用于当风速满足切换条件时，所述风力发电控制装置在双馈发电运行模式与全功率运行模式之间切换。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电控制装置，耦接于风机和电网之间，其特征在于，包括：变换器单元，包括机侧变换器、直流母线电容和网侧变换器，所述机侧变换器的交流侧耦接于所述风机的转子侧，所述机侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的直流侧耦接于所述直流母线电容，所述网侧变换器的交流侧耦接至所述电网；切换单元，用于当风速满足切换条件时，所述风力发电控制装置在双馈发电运行模式与全功率运行模式之间切换，所述切换单元包括模式切换开关和并网开关；网侧开关和入网开关，所述网侧开关的第一端耦接于所述网侧变换器，所述网侧开关的第二端与所述并网开关的第二端耦接并形成一公共节点，所述入网开关设置在所述公共节点与所述电网之间，其中：所述模式切换开关的第一端耦接于所述风机的定子侧以及所述并网开关的第一端，所述模式切换开关的第二端短接，所述模式切换开关为电子开关；所述并网开关的第一端耦接于所述风机的定子侧，所述并网开关的第二端耦接至所述电网，所述并网开关为机械开关和电子开关的并联方式；在所述双馈发电运行模式下，所述并网开关的机械开关闭合，所述并网开关的电子开关断开，所述入网开关和所述网侧开关闭合，所述模式切换开关断开，当要向所述全功率运行模式转换时，先闭合所述并网开关的电子开关，同时断开所述模式切换开关，所述并网开关的机械开关、所述入网开关和所述网侧开关保持之前状态，此时所述并网开关的机械开关和所述并网开关的电子开关并联工作，然后再关断所述并网开关的机械开关，短时由所述并网开关的电子开关承受全部定子电流，然后再闭合所述模式切换开关，断开所述并网开关的电子开关，状态转换立刻完成；以及在所述全功率运行模式下，所述并网开关的机械开关断开，所述并网开关的电子开关断开，所述模式切换开关、所述入网开关和所述网侧开关闭合，当要向所述双馈发电运行模式转换时，先闭合所述并网开关的电子开关，同时断开所述模式切换开关，状态转换立刻完成，所述并网开关的机械开关、所述入网开关和所述网侧开关保持之前状态，短时由所述并网开关的电子开关承受所述定子电流，再开通所述并网开关的机械开关，此时所述并网开关的机械开关和所述并网开关的电子开关并联工作，所述并网开关的机械开关完成闭合后，再断开所述并网开关的电子开关，由所述并网开关的机械开关独自承担全部所述定子电流。2.如权利要求1所述的风力发电控制装置，其特征在于，还包括控制单元，用于根据一控制信号控制所述切换单元在所述双馈发电运行模式与所述全功率运行模式之间切换。3.如权利要求2所述的风力发电控制装置，其特征在于，所述控制单元包括：接收模块，用于接收风速数据；比较模块，用于将接收到的所述风速数据与一预定风速数据相比较生成一比较结果；产生模块，用于根据所述比较结果产生所述控制信号。4.如权利要求2所述的风力发电控制装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛海芬，陈丽，吕飞，王长永，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71