双馈‑异步风力发电系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术提供双馈‑异步风力发电系统及其运行方法，包括双馈异步风力发电机组、动力源驱动装置、定子并网接触器，其特征在于：还包括用于实时检测双馈异步风力发电机组转速的编码器装置、用于在双馈异步风力发电机组与电网同步并网情况下闭合发电机定子电路的定子短接接触器、根据发送工况控制信号至定子短接接触器并控制定子短接接触器开合的双馈变流器以及用于风力发电机组逻辑控制的主控系统，解决了现有技术中双馈风力发电机组在低转速情况无法继续运行，低风速情况将双馈发电机运行于异步发电机状态，克服了在低风速情况下风力发电机组不停切入和切出问题，实现了小风情况下发电，提高了风力发电机组发电量、变流器硬件寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，涉及双馈-异步风力发电系统及其运行方法，在小风时双馈风力发电机组实现双馈运行模式和异步运行模式无缝切换。
技术介绍
风能，是一种清洁的可再生能源，风力发电是当前我国新能源政策的重点发展方向。可将风能转化为电能的发电技术有多种，如定桨距失速型风力发电机组、变速恒频双馈式风力发电系统机组以及变速恒频全功率直驱式风力发电机组等。双馈风力发电机组可以根据风速的变化最大限度的捕获风能，并且实现与电网的柔性连接，有效地减少对机组和电网的冲击。随着风资源的不断开发，TC3类以上风资源所剩不多，TC3类以下风资源竞争越来越激烈，因此，市场对满足TC3类以下低风速区域运行要求的大兆瓦机组需求已越来越强烈。以我司在山西某EPC项目投标情况为例，在风资源较差、风场征地面积紧张的情况下，大兆瓦、低风速型机组以占地少、风场千瓦造价低的优势得到了业主的认可。因此大功率、大叶片、低风速机组将成为市场重点。随着叶片长度增加，由于双馈变流器受限于IGBT功率单元及直流母线电压，当风速减小，导致双馈异步发电机转子转速随之降低时，从而导致双馈风力发电机组频繁切入和切出。为了防止发电机组频繁并网动作而损伤机组和变流器，需要等待一段时间后（通常是10分钟）再判断风速的大小，如果风速大小范围适合机组的发电，重新启动风力发电机组，等待发电机转速升至适合并网发电转速时，启动励磁系统，之后并网发电。传统的双馈式发电机组从变流器脱网到重新并网发电这段时间的风能没有得到利用，风资源被浪费。以某风场为例，由于业主方在前期风资源测量原因，该风电场在2013年平均风速只有4.42m/s,在风力发电机组20年运营都无法收回成本。本专利技术公开了双馈-异步风力发电系统。当风速降低时，主控系统通过检测发电机转速，并通过通讯方式给双馈变流器发送指令，使双馈风力发电机组在小风情况继续保持发电状态有效的保证了风能的利用率。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于传统的双馈变流器和双馈发电机转速运行范围较窄，小风时无法正常运行发电，导致频繁切入/切出，从而导致的风力发电机组发电量损失及硬件寿命降低。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：具有特殊工况的双馈-异步风力发电系统，在风力发电机组在小风（低转速）启动/运行的过程中，通过将发电机运行于双馈发电机模式和异步发电机模式，并确保双馈风力发电机组不切出，实现在更低风速情况下发电目的。本专利技术技术方案如下：一种双馈-异步风力发电系统，双馈-异步风力发电系统，包括双馈异步风力发电机组、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网接触器，其特征在于：还包括用于实时检测双馈异步风力发电机组转速的编码器装置、用于在双馈异步风力发电机组与电网同步并网情况下闭合发电机定子电路的定子短接接触器、根据工况控制信号控制定子短接接触器开合的双馈变流器以及根据编码器装置当前转速信号向双馈变流器发送对应工况控制信号进而驱动双馈异步风力发电机在异步模式或双馈模式下运行的主控系统，所述定子短接接触器安装在定子并网接触器与双馈异步风力发电机组之间，编码器装置输出端与所述主控系统连接，主控系统与双馈异步风力发电机组通讯连接，双馈变流器控制端与定子短接接触器连接。进一步地，所述双馈风力发电机组低风速时以异步模式运行。进一步地，双馈异步风力发电机组的机舱上设有风向风速仪，所述的风速仪包括风向标和风速仪，风向标安装在双馈异步风力发电机组的机舱顶部，风速仪安装在机舱上防雷支架上。进一步地，风向标和风速仪的内部均装有用于实现低温自动加热的加热器。进一步地，还包括控制叶片的变桨系统，变桨系统采用直流电机伺服控制系统。进一步地，每个叶片上均安装有变桨电机编码器和SSI绝对值编码器。进一步地，每个变桨电机编码器上均独立配置有后备电源。一种双馈-异步风力发电系统的运行方法，其特征在于：低风速度模式下异步运行模式和双馈运行模式切换方式如下：第一步，启动时，当主控系统检测到发电机转速在850rpm<n<1000rpm时，主控系统通过通讯方式发送异步发电状态命令至双馈变流器，双馈变流器接受到异步发电状态命令后，启动双馈变流器网侧IGBT模块控制单元，开始给直流母线充电；当双馈变流器直流母线充电完毕后，双馈变流器控制发电机的定子短接接触器闭合，将发电机定子回路短接，从而实现发电机组异步发电模式；第二步，当机组处于异步发电模式，当主控系统检测到发电机转速在n>1000rpm时，主控系统通过通讯方式发送双馈发电状态命令至双馈变流器，双馈变流器接受到双馈发电状态命令后，停止变流器电机侧模块，断开发电机定子短接接触器，启动变流器电机侧模块，闭合定子并网接触器，实现风力发电机组从异步运行模式切换至双馈发电模式；第三步，当机组处于双馈发电模式，主控系统实时检测发电机转速n，当850rpm<n<900rpm阶段时,持续时间不少于1分钟时，主控系统通过通讯方式发送异步发电状态命令至双馈变流器，双馈变流器接受到双馈发电状态命令后，变流器控制定子并网接触器断开，停止变流器机侧IGBT模块控制单元，并将发电机转速保持在850rpm<n<900rpm之间，并实时检测发电机与电网同步性，在机组达到同步情况下闭合定子短接接触器，风力发电机组由双馈发电模式进入异步机模式运行。进一步地，第二步步骤中当主控系统检测到发电机转速在n>1000rpm，持续时间达不少于一分钟，主控系统发送双馈发电状态命令至双馈变流器。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本专利技术提供一种具有特殊工况运行双馈风力发电机组运行模式，在风力发电机组运行过程中，对发电机转速进行实时检测，根据不同转速实现异步运行模式和双馈运行模式切换。克服了双馈风力发电机组小风情况下无法发电问题，提供风力发电机组发电量及经济效益，同时也提高了变流器断路器及接触器的硬件寿命。构思巧妙，控制逻辑简单，易于实现。（2）本专利技术提供一种具有特殊工况运行双馈风力发电机组运行模式，利用传统风力发电机组双馈变流器基础上，增加发电机定子短路器接触，将双馈发电机按异步发电机形式运行。通过定子短路器接触克服了小风发电难的问题，成本较低，便于实现。附图说明图1是本专利技术提供一种具有特殊工况运行双馈风力发电机组运行模式逻辑控制方框图；图2是本专利技术提供一种具有特殊工况运行双馈风力发电机组运行模式结构框图。具体实施方式实施例：为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。本实施例提供一种具有特殊工况的双馈-异步风力发电系统，包括双馈异步风力发电机组、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网接触器，其特征在于：还包括用于实时检测双馈异步风力发电机组转速的编码器装置、用于在双馈异步风力发电机组与电网同步并网情况下闭合发电机定子电路的定子短接接触器、根据工况控制信号控制定子短接接触器开合的双馈变流器以及根据编码器装置当前转速信号向双馈变流器发送对应工况控制信号进而驱动双馈异步风力发电机在异步模式或双馈模式下运行的主控系统，所述定子短接接触器安装在定本文档来自技高网...

【技术保护点】
双馈‑异步风力发电系统，包括双馈异步风力发电机组、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网接触器，其特征在于：还包括用于实时检测双馈异步风力发电机组转速的编码器装置、用于在双馈异步风力发电机组与电网同步并网情况下闭合发电机定子电路的定子短接接触器、根据工况控制信号控制定子短接接触器开合的双馈变流器以及根据编码器装置当前转速信号向双馈变流器发送对应工况控制信号进而驱动双馈异步风力发电机在异步模式或双馈模式下运行的主控系统，所述定子短接接触器安装在定子并网接触器与双馈异步风力发电机组之间，编码器装置输出端与所述主控系统连接，主控系统与双馈异步风力发电机组通讯连接，双馈变流器控制端与定子短接接触器连接。

【技术特征摘要】
1.双馈-异步风力发电系统，包括双馈异步风力发电机组、用于驱动双馈异步发电机工作的动力源驱动装置、用于将双馈异步发电机定子并入电网的定子并网接触器，其特征在于：还包括用于实时检测双馈异步风力发电机组转速的编码器装置、用于在双馈异步风力发电机组与电网同步并网情况下闭合发电机定子电路的定子短接接触器、根据工况控制信号控制定子短接接触器开合的双馈变流器以及根据编码器装置当前转速信号向双馈变流器发送对应工况控制信号进而驱动双馈异步风力发电机在异步模式或双馈模式下运行的主控系统，所述定子短接接触器安装在定子并网接触器与双馈异步风力发电机组之间，编码器装置输出端与所述主控系统连接，主控系统与双馈异步风力发电机组通讯连接，双馈变流器控制端与定子短接接触器连接。2.根据权利要求1所述的双馈-异步风力发电系统，其特征在于：所述双馈风力发电机组低风速时以异步模式运行。3.根据权利要求1或2所述的双馈-异步风力发电系统，其特征在于：双馈异步风力发电机组的机舱上设有风向风速仪，所述的风速仪包括风向标和风速仪，风向标安装在双馈异步风力发电机组的机舱顶部，风速仪安装在机舱上防雷支架上。4.根据权利要求3所述的双馈-异步风力发电系统，其特征在于：风向标和风速仪的内部均装有用于实现低温自动加热的加热器。5.根据权利要求1或2所述的双馈-异步风力发电系统，其特征在于：还包括控制叶片的变桨系统，变桨系统采用直流电机伺服控制系统。6.根据权利要求5所述的双馈-异步风力发电系统，其特征在于：每个叶片上均安装有变桨电机编码器和SSI绝对值编码器。7.根据权利要求6所述的双馈-异步风力发电系统，其特征在于：每个变桨电机编码器上均独立配置有后备电源。8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑安旺，张学民，李元强，钱成钱，王益庆，
申请(专利权)人：华仪风能有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33