一种风力发电机组及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机组，包括控制单元、变流器、双馈发电机组和开关单元，双馈发电机组的定子中每相绕组中的绕组单元的首尾两端均引出发电机本体外部，并经开关单元连接至工频电网，转子则与变流器连接，控制单元分别与双馈发电机组和开关单元相连、用于根据风况或双馈发电机组的工作状态控制开关单元的切换状态以改变定子三相绕组的连接方式。本发明专利技术的发电机组具有结构简单、发电效率高等优点。本发明专利技术的风力发电机组的控制方法，控制单元根据风况以及双馈发电机组的状态，控制开关单元的切换，改变三相绕组的连接方式以适用于不同的工况。本发明专利技术的控制方法具有操作简便、易于实现等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及风力发电
，特指一种风力发电机组及控制方法。
技术介绍
风电机组是将风能转化为电能的装备。自然风的风速通常在一个较大的范围内变化，为了从自然风中获取更多的能量，叶尖旋转的速度与风机的转速之比要满足一定的函数条件，这要求风电机组必须变速运行。从这个角度思考风电机组，风电机组的电气系统实际上是以变频调速为核心的电传动系统，是电力电子变流器与发电机的集成系统，是发电系统与电网的集成系统。而更高的传动效率、更宽的调速范围、更经济的调速成本，是电气传动系统永恒追求的目标。而目前的双馈发电机组，定子绕组连接方式固定，但由于定子直接连接到电网，而电网电压固定，相对固定的铁损在小功率运行时所占比例大，因此小功率运行时效率差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、操作简便、功能全面、发电效率高的风力发电机组，并相应提供一种操作简便的控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种风力发电机组，包括控制单元、变流器、双馈发电机组和叶轮，所述双馈发电机组与叶轮机械连接，所述双馈发电机组的转子与变流器连接，还包括开关单元，所述双馈发电机组的定子中每相绕组中的绕组单元的首尾两端均引出发电机本体外部，并经开关单元连接至工频电网，所述控制单元分别与双馈发电机组和开关单元相连、用于根据风况或双馈发电机组的工作状态控制开关单元的切换状态以改变定子三相绕组的连接方式，所述定子三相绕组的连接方式包括三相绕组的星-三角形和/或每相绕组中多个绕组单元之间的串并联。作为上述技术方案的进一步改进：每相绕组中包括两组绕组单元，分别为U1-U1＇、U2-U2＇、V1-V1＇、V2-V2＇、W1-W1＇和W2-W2＇，所述开关单元包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，所述U1-U1＇的U1端、V1-V1＇的V1端，W1-W1＇的W1端分别连接至工频电网且通过第五开关连接至U2、V2、W2端，所述U2、V2、W2端经第二开关后与U1＇、V1＇、W1＇端相连，所述U1＇、V1＇、W1＇端经第三开关分别与U2＇、V2＇、W2＇端相连，所述U2＇、V2＇、W2＇端经第一开关后短接，所述U2＇、V2＇、W2＇端经第四开关分别与V1、W1、U1端相连。本专利技术还公开了一种基于如上所述的风力发电机组的控制方法，包括以下步骤：S01、将双馈发电机组定子中三相绕组中的各绕组单元的首尾两端均引出至发电机本体外部，并经开关单元连接至工频电网；S02、控制单元根据风况以及双馈发电机组的状态，控制开关单元的切换，改变三相绕组的连接方式以适用于不同的工况，所述三相绕组的连接方式包括三相绕组的星-三角形切换和/或各相绕组中绕组单元之间的串并联切换。作为上述技术方案的进一步改进：当K1、K2闭合，K3、K4、K5断开时，定子的三相绕组星形连接且各相绕组中绕组单元相互串联；当K2、K4闭合， K1、K3、K5断开时，定子的三相绕组三角形连接且各相绕组中绕组单元相互串联；当K1、K3、K5闭合，K2、K4断开时，定子的三相绕组星形连接且各相绕组中绕组单元相互并联；当K3、K4、K5闭合，而K1、K2断开时，定子的三相绕组三角形连接且各相绕组中绕组单元相互并联。在步骤S02中，控制单元根据风速以及双馈发电机组的运行功率来控制开关单元的切换。所述三相绕组的连接方式包括任意两种连接方式的组合、或任意三种连接方式的组合、或四种连接方式的组合。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的风力发电机组，通过开关单元的状态切换，能够提升风电机组在不同风速阶段的发电效率；改变双馈电机定子绕组的连接形式，拓展双馈风电机组的调速范围，实现更低的风速下并网发电，同时配合整机的空气动力特性，提升风能利用系数Cp，从风能中提取更多的能量输入；通过减少发电机与变流器构成的调速系统的损耗，提升当前双馈机组在低风速段的发电效率，提升风电机组的发电量。本专利技术的开关单元结构简单、操作简便且易于实现。本专利技术的风力发电机组的控制方法不仅具有如上风电机组所述的优点，而且操作简便。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的开关单元结构示意图。图3为本专利技术在单绕组单元时的开关单元的结构示意图。图4为本专利技术工作模式2和4切换时的开关单元的结构示意图。图5为本专利技术工作模式3和1切换时的开关单元的结构示意图。图中标号表示：1、叶轮；2、双馈发电机组；3、变流器；4、滤波单元；5、开关单元；6、控制单元；7、并网单元。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。如图1至图5所示，本实施例的风力发电机组，包括控制单元6、变流器3、双馈发电机组2和叶轮1，双馈发电机组2与叶轮1机械连接，双馈发电机组2的定子连接至工频电网（或通过并网单元7连接至工频电网），转子连接至变流器3，双馈发电机组2的定子中每相绕组中的绕组单元的首尾两端均引出发电机本体外部，并经一开关单元5连接至并网单元7，再连接至工频电网，其中开关单元5与双馈发电机组2之间设置有滤波单元4，控制单元6分别与双馈发电机组2和开关单元5相连、用于根据风况或双馈发电机组2的工作状态控制开关单元5的切换状态以改变定子三相绕组的连接方式，定子三相绕组的连接方式包括三相绕组的星形或三角形、以及每相绕组中多个绕组单元之间的串或并联。本专利技术的风力发电机组，通过开关单元5的状态切换，能够提升风电机组在不同风速阶段的发电效率；改变双馈电机定子绕组的连接形式，拓展双馈风电机组的调速范围，实现更低的风速下并网发电，同时配合整机的空气动力特性，提升风能利用系数Cp，从风能中提取更多的能量输入；通过减少发电机与变流器3构成的调速系统的损耗，提升当前双馈机组在低风速段的发电效率，提升风电机组的发电量。本实施例中，每相绕组中包括两组绕组单元，分别为U1-U1＇、U2-U2＇、V1-V1＇、V2-V2＇、W1-W1＇和W2-W2＇，开关单元5包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，U1-U1＇的U1端、V1-V1＇的V1端，W1-W1＇的W1端分别连接至工频电网且通过第五开关连接至U2、V2、W2端，U2、V2、W2端经第二开关后与U1＇、V1＇、W1＇端相连，U1＇、V1＇、W1＇端经第三开关分别与U2＇、V2＇、W2＇端相连，U2＇、V2＇、W2＇端经第一开关后短接，U2＇、V2＇、W2＇端经第四开关分别与V1、W1、U1端相连。在具体应用中，可只采用其中两种连接方式的组合、或者三种连接方式的组合，此开关单元结构简单、易于实现。本专利技术还公开了一种基于如上所述的风力发电机组的控制方法，包括以下步骤：S01、将双馈发电机组2定子中三相绕组中的各绕组单元的首尾两端均引出至发电机本体外部，并经开关单元5连接至工频电网；S02、控制单元6根据风况（风速）以及双馈发电机组2的状态（功率），控制开关单元5的切换，改变三相绕组的连接方式以适用于不同的工况，三相绕组的连接方式包括三相绕组的星-三角形切换和/或各相绕组中绕组单元之间的串并联切换。本专利技术的风力发电机组的控制方法根据风速，智能重构发电机-变流器3运行特性，实现全范围最优运行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组，包括控制单元（6）、变流器（3）、双馈发电机组（2）和叶轮（1），所述双馈发电机组（2）与叶轮（1）机械连接，所述双馈发电机组（2）的转子与变流器（3）连接，其特征在于，还包括开关单元（5），所述双馈发电机组（2）的定子中每相绕组中的绕组单元的首尾两端均引出发电机本体外部，并经开关单元（5）连接至工频电网，所述控制单元（6）分别与双馈发电机组（2）和开关单元（5）相连、用于根据风况或双馈发电机组（2）的工作状态控制开关单元（5）的切换状态以改变定子三相绕组的连接方式，所述定子三相绕组的连接方式包括三相绕组的星‑三角形和/或每相绕组中多个绕组单元之间的串并联。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组，包括控制单元（6）、变流器（3）、双馈发电机组（2）和叶轮（1），所述双馈发电机组（2）与叶轮（1）机械连接，所述双馈发电机组（2）的转子与变流器（3）连接，其特征在于，还包括开关单元（5），所述双馈发电机组（2）的定子中每相绕组中的绕组单元的首尾两端均引出发电机本体外部，并经开关单元（5）连接至工频电网，所述控制单元（6）分别与双馈发电机组（2）和开关单元（5）相连、用于根据风况或双馈发电机组（2）的工作状态控制开关单元（5）的切换状态以改变定子三相绕组的连接方式，所述定子三相绕组的连接方式包括三相绕组的星-三角形和/或每相绕组中多个绕组单元之间的串并联。2.根据权利要求1所述的风力发电机组，其特征在于，每相绕组中包括两组绕组单元，分别为U1-U1＇、U2-U2＇、V1-V1＇、V2-V2＇、W1-W1＇和W2-W2＇，所述开关单元（5）包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，所述U1-U1＇的U1端、V1-V1＇的V1端，W1-W1＇的W1端分别连接至工频电网且通过第五开关连接至U2、V2、W2端，所述U2、V2、W2端经第二开关后与U1＇、V1＇、W1＇端相连，所述U1＇、V1＇、W1＇端经第三开关分别与U2＇、V2＇、W2＇端相连，所述U2＇、V2＇、W2＇端经第一开关后短接，所述U2＇、V2＇、W2＇端经第四开关分别与V1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵燕峰，刘璐，何贻春，王靛，李慧新，臧晓笛，陈林，翟大勇，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43