双电机风力发电机并网装置、风力发电机及并网控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双电机风力发电机并网装置、风力发电机及并网控制方法，并网装置包括第一机侧开关、第二机侧开关、异步电机软起开关、机侧大变流器、机侧小变流器、网侧变流器、网侧开关和异步电机并网开关，风力发电机包括风机主体、同步发电机和异步发电机及前述并网装置；并网控制方法包括根据风速对同步发电机和异步发电机进行并网、脱网控制。本发明专利技术能够实现双电机或多电机共用一个并网装置，通过全功率变流器的一部分结构实现作为异步发电机的并网软起动装置，实现机侧大变流器与机侧小变流器、永磁同步发电机与异步发电机功率分配，可实现无冲击并网与无扰动切换，无需额外的软起装置和无功补偿装置，降低成本、提高可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电机，具体是涉及一种双电机风力发电机并网装置、风力发电机及并网控制方法。
技术介绍
随着先进制造、计算机技术、电力电子技术的发展，风力发电机组朝大功率方向发展，尤其是海上风电基本采用5MW以上的发电机组。但是随着单机功率的增大，发电机、增速机、变流器等几个关键部件的设计难度、制造难度和成本将大幅上升。为解决上述问题，国内外厂家纷纷提出双发电机或多发电机系统，采用的技术方案如下：在一台大功率风机发电机组上安装多个小发电机，安装形式分为：(1)一入多出的增速箱，每个输出轴分别带一个发电机；(2)双电枢混合励磁发电机；(3)轮毂带动的传动轴上安装多组发电机的转子和定子，甚至采用多级传动的方案；(4)其他还有在风轮两侧分别安装一台发电机的方案。综上方案的目的均是为了将单台大功率发电机、变流器拆分为多台以减小功率等级，降低技术难度、制造难度和成本。采用上述方案，尽管单台发电机拆分为多台发电机，但要求每台发电机配备一台变流并网装置，价格仍然偏高、系统不够简洁，且不同电机并脱网切换冲击难于消除。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可实现双电机或多电机共用一个并网装置，且可实现无冲击并网与切换的双电机风力发电机并网装置、风力发电
机及并网控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：首先，本专利技术提供一种双电机风力发电机并网装置，包括第一机侧开关、第二机侧开关、异步电机软起开关、机侧大变流器、机侧小变流器、网侧变流器、网侧开关和异步电机并网开关，所述机侧大变流器的输入端通过第一机侧开关和双电机风力发电机的同步发电机相连，所述机侧小变流器的输入端通过第二机侧开关和双电机风力发电机的同步发电机相连，且所述机侧小变流器的输入端还通过异步电机软起开关和双电机风力发电机的异步发电机相连，所述机侧大变流器、机侧小变流器的输出端和网侧变流器的输入端并联，所述网侧变流器的输出端通过网侧开关和电网的升压变压器相连，所述异步电机并网开关串接在异步发电机的输出端和电网的升压变压器之间，所述机侧大变流器的功率比机侧小变流器的功率大。其次，本专利技术提供一种风力发电机，包括风机主体、同步发电机和异步发电机，所述同步发电机和异步发电机分别和风机主体的输出轴相连，所述同步发电机和异步发电机的输出端设有前述的双电机风力发电机并网装置。再次，本专利技术还提供一种前述双电机风力发电机的并网控制方法，包括下述并网控制的步骤：1)当风速大于待机风速、小于切入风速V0时，闭合网侧开关、启动网侧变流器进行网侧锁相同步，双电机风力发电机处于待机状态；2)当风速达到设定的切入风速V0时，闭合第一机侧开关和机侧大变流器，将同步发电机并入电网；当风速在切入风速V0、设定的风速V1之间时，通过机侧大变流器、网侧变流器控制同步发电机的转矩，使风机主体始终保持最佳叶尖速比以获得最大风能捕捉，当风速等于风速V1时，同步发电机达到额定功率；3)当风速在风速V1、设定的风速V2之间时，闭合第二机侧开关、机侧小变流器，控制同步发电机处于超发状态，当风速等于风速V2时，同步发电机的输出功率等于最大限制输出功率；4)当风速等于风速V2时，断开第二机侧开关、关闭机侧小变流器，保持机侧大变流器加载的功率为同步发电机的额定功率，使得同步发电机的电磁功率减少迫使风机主体加速带动异步发电机的转子加速，当异步发电机的转子转速接近其同步转速时，闭合异步电机软起开关，启动机侧小变流器并控制异步发电机开始并网，保持设定时间待异步发电机平稳并网后，闭合异步电机并网开关、断开异步电机软起开关并停止机侧小变流器，将异步发电机直接连接至电网的升压变压器，此时风速等于风速V3；5)当风速在风速V3、设定的风速V4之间时，通过机侧大变流器、网侧变流器控制同步发电机的转矩和功率，使同步发电机处于额定功率运行，同时控制整个风机主体的转速，进而控制异步发电机的转差率及功率，由网侧变流器将多余的功率余量进行无功变换为异步发电机提供容性无功补偿；当风速等于风速V4时，异步发电机的输出功率为其额定功率；6)当风速在风速V4、设定的额定风速V5之间时，同步发电机、异步发电机均处于额定功率运行，当风速超过额定风速V5时，通过变桨控制风机主体对机组功率进行限制。优选地，所述步骤3)中的最大限制输出功率为机侧大变流器的额定功率的1.1倍，此时一般还未达到同步电机最大安全功率；可选择性地使用额定功率稍高的同步电机以提高安全性。优选地，本专利技术还包括下述脱网控制的步骤：S1)当风速超过额定风速V5时，通过变桨控制风机主体对机组功率进行限制；当风速在额定风速V5、设定的风速V4之间时，同步发电机、异步发电机均处于额定功率运行；S2)当风速等于风速V4时，异步发电机的输出功率为其额定功率；当风速在风速V4、设定的风速V3之间时，通过机侧大变流器、网侧变流器控制同步发电机的转矩和功率，使同步发电机处于额定功率运行，同时控制整个风机主体的转速，进而控制异步发电机的转差率及功率，由网侧变流器将多余的功率余量进行无功变换为异步发电机提供容性无功补偿；当风速等于风速V3时，
闭合异步电机软起开关、启动机侧小变流器并断开异步电机并网开关，利用机侧小变流器对异步电机进行软停控制；S3)当风速在风速V3、设定的风速V2之间时，通过机侧大变流器、网侧变流器控制同步发电机的转矩和功率，使同步发电机处于额定功率运行，继续控制整个风机主体的转速，进而控制异步发电机的转差率及功率，由网侧变流器将多余的功率余量进行无功变换为异步发电机提供容性无功补偿；当风速等于风速V2时，断开异步电机软起开关、停止机侧小变流器将异步发电机脱网；S4)当风速在风速V2、设定的风速V1之间时，闭合第二机侧开关、机侧小变流器，控制同步发电机处于超发状态，当风速等于风速V2时，同步发电机的输出功率等于最大限制输出功率；当风速等于风速V1时，同步发电机的输出功率等于额定功率；S5)当风速在风速V1、设定的切入风速V0之间时，通过机侧大变流器、网侧变流器控制同步发电机的转矩，使风机主体始终保持最佳叶尖速比以获得最大风能捕捉，当风速等于切入风速V0时，断开第一机侧开关和机侧大变流器，将同步发电机脱网，双电机风力发电机处于待机状态。优选地，本专利技术还包括下述进行控制方式选择的步骤：首先检测当前风速的变化情况，如果当前风速增加，则根据当前风速进行并网控制，如果当前风速减少，则根据当前风速进行脱网控制。本专利技术的双电机风力发电机并网装置具有下述优点：1、本专利技术包括第一机侧开关、第二机侧开关、异步电机软起开关、机侧大变流器、机侧小变流器、网侧变流器、网侧开关和异步电机并网开关，可等同视为一个全功率变流器，机侧包括机侧大变流器、机侧小变流器一大一小两个整流/逆变器，网侧为网侧变流器一个整体整流/逆变器，机侧大变流器经过第一机侧开关连接同步发电机的定子、机侧小变流器经过异步电机软起开关接异步发电机的定子；同时机侧小变流器安装有另外一路第二机侧开关与同步电机的定子连接，其形成与机侧大变流器并联的结构；同时异步发电机的定子通过异步电机并网开关连接至升压变压器，网侧变流器经过网侧开关直接与升压变压
器连接进而连入电网，本专利技术能够可实现双电机或多电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电机风力发电机并网装置，其特征在于：包括第一机侧开关(1)、第二机侧开关(2)、异步电机软起开关(3)、机侧大变流器(4)、机侧小变流器(5)、网侧变流器(6)、网侧开关(7)和异步电机并网开关(8)，所述机侧大变流器(4)的输入端通过第一机侧开关(1)和双电机风力发电机的同步发电机(91)相连，所述机侧小变流器(5)的输入端通过第二机侧开关(2)和双电机风力发电机的同步发电机(91)相连，且所述机侧小变流器(5)的输入端还通过异步电机软起开关(3)和双电机风力发电机的异步发电机(92)相连，所述机侧大变流器(4)、机侧小变流器(5)的输出端和网侧变流器(6)的输入端并联，所述网侧变流器(6)的输出端通过网侧开关(7)和电网的升压变压器(10)相连，所述异步电机并网开关(8)串接在异步发电机(92)的输出端和电网的升压变压器(10)之间，所述机侧大变流器(4)的功率比机侧小变流器(5)的功率大。

【技术特征摘要】
1.一种双电机风力发电机并网装置，其特征在于：包括第一机侧开关(1)、第二机侧开关(2)、异步电机软起开关(3)、机侧大变流器(4)、机侧小变流器(5)、网侧变流器(6)、网侧开关(7)和异步电机并网开关(8)，所述机侧大变流器(4)的输入端通过第一机侧开关(1)和双电机风力发电机的同步发电机(91)相连，所述机侧小变流器(5)的输入端通过第二机侧开关(2)和双电机风力发电机的同步发电机(91)相连，且所述机侧小变流器(5)的输入端还通过异步电机软起开关(3)和双电机风力发电机的异步发电机(92)相连，所述机侧大变流器(4)、机侧小变流器(5)的输出端和网侧变流器(6)的输入端并联，所述网侧变流器(6)的输出端通过网侧开关(7)和电网的升压变压器(10)相连，所述异步电机并网开关(8)串接在异步发电机(92)的输出端和电网的升压变压器(10)之间，所述机侧大变流器(4)的功率比机侧小变流器(5)的功率大。2.一种风力发电机，包括风机主体(9)、同步发电机(91)和异步发电机(92)，所述同步发电机(91)和异步发电机(92)分别和风机主体(9)的输出轴相连，其特征在于：所述同步发电机(91)和异步发电机(92)的输出端设有权利要求1所述的双电机风力发电机并网装置。3.一种权利要求2所述双电机风力发电机的并网控制方法，其特征在于，包括下述并网控制的步骤：1)当风速大于待机风速、小于切入风速V0时，闭合网侧开关(7)、启动网侧变流器(6)进行网侧锁相同步，双电机风力发电机处于待机状态；2)当风速达到设定的切入风速V0时，闭合第一机侧开关(1)、启动机侧
\t大变流器(4)，将同步发电机(91)并入电网；当风速在切入风速V0、设定的风速V1之间时，通过机侧大变流器(4)、网侧变流器(6)控制同步发电机(91)的转矩，使风机主体(9)始终保持最佳叶尖速比以获得最大风能捕捉，当风速等于风速V1时，同步发电机(91)达到额定功率；3)当风速在风速V1、设定的风速V2之间时，闭合第二机侧开关(2)、启动机侧小变流器(5)，控制同步发电机(91)处于超发状态，当风速等于风速V2时，同步发电机(91)的输出功率等于最大限制输出功率；4)当风速等于风速V2时，断开第二机侧开关(2)、关闭机侧小变流器(5)，保持机侧大变流器(4)加载的功率为同步发电机(91)的额定功率，使得同步发电机(91)的电磁功率减少迫使风机主体(9)加速带动异步发电机(92)的转子加速，当异步发电机(92)的转子转速接近其同步转速时，闭合异步电机软起开关(3)，启动机侧小变流器(5)并控制异步发电机(92)开始并网，保持设定时间待异步发电机(92)平稳并网后，闭合异步电机并网开关(8)、断开异步电机软起开关(3)并停止机侧小变流器(5)，将异步发电机(92)直接连接至电网的升压变压器(10)，此时风速等于风速V3；5)当风速在风速V3、设定的风速V4之间时，通过机侧大变流器(4)、网侧变流器(6)控制同步发电机(91)的转矩和功率，使同步发电机(91)处于额定功...

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