中压风力发电系统及其发电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种中压风力发电系统及其发电方法，中压风力发电系统包含第一升压装置及双馈风力发电装置；第一升压装置具有中压侧及高压侧，第一升压装置的高压侧电性连接于电网；双馈风力发电装置包含风力发电机、机侧变换器及网侧变换器；风力发电机包含定子绕组与转子绕组，定子绕组耦接于第一升压装置的中压侧；机侧变换器耦接于转子绕组；网侧变换器一端耦接于机侧变换器，另一端通过第二升压装置耦接于第一升压装置的中压侧。

【技术实现步骤摘要】
中压风力发电系统及其发电方法
本专利技术涉及一种电力技术，尤其是涉及一种风力发电系统及其发电方法。
技术介绍
双馈变速恒频风力发电机组是目前市场占有率最高的一种风力发电机组，其风轮桨距角可以调节。发电机可以实现变速运行，调速范围达到±30％同步转速，并输出恒频恒压的电能。变换器是风力发电装置的重要部件，一般采用背靠背结构的AC-DC-AC变换器，其中与电网相连部分叫做网侧变换器(LSC)，与转子相连部分叫做机侧变换器(RSC)。通过机侧变换器控制转子的励磁电流大小和频率来改变转子励磁磁场的大小和频率，从而使发电机的输出电压、频率和电网保持一致，实现风力发电装置的变速恒频工作。双馈发电系统向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和通过变换器从转子产生的功率。变换器只提供整个发电系统的部分功率，定子输出功率和变换器功率的比例随着发电机转速的变化而变化。在小于3MW容量的双馈发电系统中，690V系统占绝对数量。具体地，发电机定子侧电压690Vac，与低压变压器相连；根据发电机的转速变化转子侧电压在0～690V之间变化，变换器额定交流电压690V，直流母线电压一般为1100V。请参照图1，图1为现有技术双馈风力发电系统的结构示意图。如图1所示，目前的风力发电及传输系统一般具有3级结构:第一级双馈风力发电装置1a，包括双馈发电机11a，变换器12a，扇叶13a及齿轮，安装在风机塔筒内，实现风能到电能的转换；第二级升压系统2a，把风机转换的低压交流电(如0.69kV)通过升压变压器21a升压到中压交流电(如10kV，20kV，35kV等)，其中升压变压器21a容量与第一级双馈风力发电装置容量相同，一般安装在塔筒附近；第三级的升压系统3a，通过变压器31a把中压交流电升压到高压系统(如110kV，220kV等)，以进行远距离电力传输。第一级和第二级可以进行多台风机的并联构成一个风力发电场，通过公共的第三级升压站连入输配电线路。通过变换器12a把双馈发电机11a输出的随风速变化的电能调制成恒频恒压的交流电。升压变压器21a安装在塔筒外的箱变内，将双馈风力发电装置输出的低压交流电进行升压，并从升压变压器21a的中压侧输出，再通过升压变压器31a把中压交流电转换成高压交流电，经升压变压器31a的高压侧输入高压电网，进而向远方传输电力。其中低压点是690V，中压点往往是10KV，20KV或35KV，高压点是110KV或220KV。在中压点可以进行多台发电机组的并联，以增大系统发电容量。现有双馈风力发电系统中，双馈发电装置输出的交流电需要经过两级升压系统，不但传输效率低，还会带来额外的发电损失。随着风机的单体容量越来越高(如3～6MW风机)，变换器容量和体积都相应变大。但是塔筒底部直径，即变换器的安装空间并没有随功率倍增而变大，导致变换器的安装设计越来越困难。随着功率的变大，电流等比例增加，所需传输电缆的数量、容量等比例增加，导致现有的双馈风力发电系统的建设成本增加。因此，急需开发一种能克服上述缺陷的风力发电系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种中压风力发电系统，其中，包含：第一升压装置，具有中压侧及高压侧，所述第一升压装置的高压侧电性连接于电网；及双馈风力发电装置，包含：风力发电机，包含定子绕组与转子绕组，所述定子绕组耦接于所述第一升压装置的中压侧；机侧变换器，耦接于所述转子绕组；网侧变换器，一端耦接于所述机侧变换器，另一端通过第二升压装置耦接于所述第一升压装置的中压侧。上述的中压风力发电系统，其中，所述双馈风力发电装置包含：多个风力发电机，每一所述风力发电机的定子绕组电性连接于所述第一升压装置的中压侧；多个机侧变换器，所述多个风力发电机的转子绕组与所述多个机侧变换器一一对应并电性连接；至少一网侧变换器，每一所述网侧变换器电性连接于至少一所述机侧变换器。上述的中压风力发电系统，其中，所述双馈风力发电装置包含：多个风力发电机，每一所述风力发电机的定子绕组电性连接于所述第一升压装置的中压侧；多个机侧变换器，所述多个风力发电机的转子绕组与所述多个机侧变换器一一对应并电性连接多个网侧变换器，每一所述网侧变换器对应电性连接于两个所述机侧变换器。上述的中压风力发电系统，其中，所述第二升压装置具有低压侧和中压侧，所述第二升压装置的低压侧电性连接于所述网侧变换器，所述第二升压装置的中压侧电性连接于所述第一升压装置的中压侧。上述的中压风力发电系统，其中，所述定子绕组与所述第一升压装置的中压侧的连接通路上均设置有第一开关及第二开关，通过控制单元切换所述第一开关和所述第二开关调整所述每一风机单元的工作模式。上述的中压风力发电系统，其中，所述双馈风力发电装置还包含储能模块及双向DC/DC充电器，所述储能模块通过所述双向DC/DC充电器电性连接于所述网侧变换器与所述机侧变换器之间。上述的中压风力发电系统，其中，所述双馈风力发电装置还包含斩波模块，所述斩波模块电性连接于所述网侧变换器及所述机侧变换器之间。本专利技术还提供一种中压风力发电方法，其中，包含：步骤1：通过双馈风力发电装置输出中压交流电至第一升压装置的中压侧；步骤2：通过所述第一升压装置将所述中压交流电转换成高压交流电后经所述第一升压装置的高压侧输出至电网。上述的中压风力发电方法，其中，所述步骤1中进一步包含步骤11：通过所述双馈风力发电装置的每一风力发电机的定子绕组输出定子中压交流电，每一所述风力发电机的转子绕组通过一变换器产生低压交流电。上述的中压风力发电方法，其中，所述步骤1中还包含步骤12：通过所述双馈风力发电装置的第二升压装置将所述变换器产生的低压交流电转换为转子中压交流电。本专利技术的中压风力发电系统，采用低压功率器件和小容量的升压变压器能够实现中压发电系统的应用，提高了系统电力传输效率，降低了系统的成本和体积。变换器中的网侧变换器和机侧变换器采用相同容量，便于模块化设计以及安装布局。定子绕组输出中压交流电到升压变压器，节省了传输电缆的成本，降低电能输送过程中的损失。附图说明图1为现有技术风力发电及传输系统结构示意图；图2为本专利技术第一实施例的中压风力发电系统结构示意图；图3为本专利技术第二实施例的中压风力发电系统结构示意图；图4为本专利技术第三实施例的中压风力发电系统结构示意图；图5为本专利技术第四实施例的中压风力发电系统结构示意图；图6为本专利技术第五实施例的中压风力发电系统结构示意图；图7为本专利技术中压风力发电系统超同步工作的能量传输示意图；图8为本专利技术中压风力发电方法的流程图。其中，附图标记1a：第一级双馈风力发电装置11a：双馈发电机12a：双馈变换器13a：扇叶2a：第二级升压系统21a：升压变压器3a：第三级的升压系统31a：升压变压器LV：低压侧MV：中压侧HV：高压侧1b、1c：双馈风力发电装置11b、11b1…11bn、11c1、11c2：风力发电机12b、12b1…12bn、12c1、12c2：机侧变换器13b、13b1…13bn、13c：网侧变换器14b：储能模块15b：双向DC/DC充电器16b：斩波模块21b、21c：第一升压装置31b、31b1…31bn、31c：第二升压装置S1：第一开关S2：第二开关具体实施方式兹有关本专利技术的详细内容及技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中压风力发电系统，其特征在于，包含：第一升压装置，具有中压侧及高压侧，所述第一升压装置的高压侧电性连接于电网；及双馈风力发电装置，包含：风力发电机，包含定子绕组与转子绕组，所述定子绕组耦接于所述第一升压装置的中压侧；机侧变换器，耦接于所述转子绕组；网侧变换器，一端耦接于所述机侧变换器，另一端通过第二升压装置耦接于所述第一升压装置的中压侧。

【技术特征摘要】
1.一种中压风力发电系统，其特征在于，包含：第一升压装置，具有中压侧及高压侧，所述第一升压装置的高压侧电性连接于电网；及双馈风力发电装置，包含：风力发电机，包含定子绕组与转子绕组，所述定子绕组耦接于所述第一升压装置的中压侧；机侧变换器，耦接于所述转子绕组；网侧变换器，一端耦接于所述机侧变换器，另一端通过第二升压装置耦接于所述第一升压装置的中压侧。2.如权利要求1所述的中压风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力发电装置包含：多个风力发电机，每一所述风力发电机的定子绕组电性连接于所述第一升压装置的中压侧；多个机侧变换器，所述多个风力发电机的转子绕组与所述多个机侧变换器一一对应并电性连接；至少一网侧变换器，每一所述网侧变换器电性连接于至少一所述机侧变换器。3.如权利要求1所述的中压风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力发电装置包含：多个风力发电机，每一所述风力发电机的定子绕组电性连接于所述第一升压装置的中压侧；多个机侧变换器，所述多个风力发电机的转子绕组与所述多个机侧变换器一一对应并电性连接多个网侧变换器，每一所述网侧变换器对应电性连接于两个所述机侧变换器。4.如权利要求2或3所述的中压风力发电系统，其特征在于，所述第二升压装置具有低压侧和中压侧，所述第二升压装置的低压侧电性连接于所述网侧变换器，所述第二升压装置的中压侧电性连接于所述第一升压装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长永，吕飞，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31