一种变速恒频发电机组的扩容系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种变速恒频发电机组的扩容系统，适用基于全功率变流的同步发电系统及部分功率变流的双馈异步发电系统，包括交流发电机、变流装置、切换开关、光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置、直流储能装置、辅助系统、测量控制系统、转速调节控制系统、原动机及其传动机构。本实用新型专利技术将变流装置直流母线开放，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置、直流储能装置等能源经DC/DC、AC/DC换流后送到变流装置直流母线，以充分利用发电机、变流装置及电气系统的富余容量，降低扩容成本。本实用新型专利技术对原系统改动较小，成本较低，可提高发电量，提高原动机及整个发电机组的运行效率及设备利用率，改善发电机组的运行工况并提高其稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种变速恒频发电机组的扩容系统
本技术涉及交直流发电系统的扩容，尤其涉及一种变速恒频发电机组的扩容系统。
技术介绍
同步发电机组以其容量大、可调节有功功率及无功功率等优点在水力发电、风力发电、热力发电等能源开发中得到了广泛的应用。由于受电网频率、发电工作物质的不稳定性及电网调度等条件的约束，使得驱动这些同步发电机的原动机不能始终处于最优的工作转速，进而导致发电机组的工况恶化，振动加剧，效率降低，影响了发电机组的安全运行。在风力发电、潮汐发电及波浪发电等清洁能源的开发中，广泛地使用了变速恒频发电以提高原动机能源转化效率。当前变速恒频发电系统包括全功率变流的同步发电系统与部分功率变流的双馈异步发电系统两种，这两种发电系统都使用了变流器，由于动力源的不确定性，这两种系统不能总是运行在最大功率状态下，使得变流器与发电机不能被充分利用，导致剩余容量资源的浪费。
技术实现思路
本技术的目的在于结合上述技术的特点，提供一种变速恒频发电机组的扩容方法及系统。本技术至少通过如下技术方案之一实现。一种变速恒频发电机组的扩容系统，适用于全功率变流的同步发电系统及部分功率变流的双馈异步发电系统，包括交流发电机、变流装置、切换开关、交流母线和直流母线、光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置、直流储能装置，以及转速调节控制系统、原动机及其传动机构；将变流装置直流母线开放，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置、直流储能装置中的两种以上能源相应地经DC/DC或AC/DC换流后送到变流装置的直流母线；通过切换开关的投切及变流装置运行模式的调整，送到直流母线的电能经变流装置逆变后送到交流电网或通过双馈异步发电机转子、定子送到电网。进一步地，对于部分变流的双馈异步发电系统，当双馈异步发电机运行于亚同步状态时，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置发出的电功率通过切换开关投切，经变流装置的机侧和/或网侧变流模块送入电网；当双馈发电机处于同步或超同步状态时光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置发出的电功率通过网侧变流模块送入电网；对于全功率变流的同步发电系统，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置发出的电功率通过切换开关投切，经变流装置的网侧变流模块送入电网。进一步地，所述光伏发电装置、直流发电装置、直流储能装置、交流发电装置均与变流装置的直流母线相连，用于将电功率送到电网或直流储能装置。进一步地，所述光伏发电装置包含太阳能光伏板、DC/DC换流模块，用于将太阳能光伏板发出的直流电经DC/DC换流模块连接直流母线，并送到变流装置。进一步地，所述直流发电装置用于将直流发电设备发出的直流电经DC/DC换流模块连接直流母线，并送到变流装置;所述直流储能装置包含电池、充放电电路，充放电电路经直流母线连接变流装置，用于实现直流母线与电池之间的能量交换。进一步地，所述交流发电装置由交流发电设备及其整流、DC/DC换流电路组成，整流、DC/DC换流电路经直流母线连接变流装置，用于将交流发电装置发出的电功率送到变流装置。进一步地，所述变流装置包括机侧变流模块和网侧变流模块，机侧变流模块和网侧变流模块由全控、半控及不可控的电压型、电流型电力电子器件及其控制驱动系统、直流母线、交流母线组成，所述控制驱动系统可根据所连接应用对象的亚同步、超同步及同步运行状态动态调整，用于实现与所连接对象之间的整流、逆变等变流、变压及变频功能，并根据所连对象的运行状态动态调整变流器的系统结构，实现能量的高效转换与传递。进一步地，所述转速调节控制系统用于根据原动机及光伏发电装置、直流发电装置、直流储能装置、交流发电装置的状态调整发电机的转速;所述原动机及其传动机构用于将动力传递到发电机;所述原动机及其传动机构包括风力机、汽轮机、水轮机及根据情况需要的变速箱传动装置。进一步地，所述辅助系统包括为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、润滑、除冰工作环境的装置。进一步地，还包括还包括测量控制系统，所述测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，进而调整变流装置内各变流模块的连接及运行模式，使整个系统安全稳定运行。具体地，所述测量控制系统包括电压、电流、频率、功率、温度、压力、速度、转速、角度传感器，信号调理电路、数字信号处理电路以及功率器件驱动电路等，用于监测电路及控制对象的运行状态，并根据运行工况及变流装置的服务对象执行对应的功能与控制算法。本技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：本技术简单，易于实现。本技术保留原变速恒频发电机组的各部件，其他新增能源通过发电机组或变流装置送入电网，对原系统的改动较小，扩容成本较低。同时，各种能量源可以独立或联合运行，当部分停止工作时，不影响其他模块的运行，减少维护成本和时间。如上所述，本系统技术手段简便易行，结合变速恒频发电机组特性，在不影响原机组发电的情况下，提高整个系统容量，多种能源共用发电及输变电设备，提高设备利用率，降低成本。附图说明图1为本技术实施例1的结构方框图及控制示意图。图2为本技术实施例2的结构方框图及控制示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术的技术目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，本技术的实施方式并不因此限定于以下实施例，需指出的是，本技术是对系统的硬件结构提出的改进的技术方案，以下实例过程中若有涉及需要软件实现的，均是本领域技术人员可以根据现有技术编程实现的。实施例1如图1所示。一种变速恒频发电机组的扩容系统，用于部分功率变流的双馈异步发电系统，包括双馈异步发电机G1、变流装置、切换开关(SWA,SWB,SW12,SW14)、转速调节控制系统、交流母线(AC0,AC1)、直流母线(DC0,DC1)、光伏发电装置DCV1、直流发电装置DCV2、直流储能装置DCV3、交流发电装置ACV1、辅助系统、测量控制系统、原动机及其传动机构。变流装置由整流模块RE1、变频模块(VF1,VF2)、交流母线(AC0,AC1)、直流母线(DC0...DCn)、切换开关(SWA,SWB,SW12,SW14)。通过开关投切及变流装置运行模式的调整，变频模块（VF1、VF2）及整流模块RE1为双馈异步发电机进行交流或直流励磁。当双馈异步发电机运行于亚同步状态时，输入到双馈发电机转子的功率可由光伏发电装置DCV1、直流发电装置DCV2、直流储能装置DCV3、交流发电装置ACV1提供，光伏发电装置DCV1、直流发电装置DCV2、直流储能装置DCV3、交流发电装置ACV1发出的电功率通过开关投切，经变流装置送入电网；当双馈发电机处于超同步状态时，转子输出的电功率经变流装置送入电网或流储能装置DCV3，光伏发电装置DCV1、直流发电装置DCV2、直流储能装置DCV3、交流发电装置ACV1发出的电功率通过变流装置送入电网。当双馈异步发电机运行于同步状态时，输入到双馈发电机转子的直流励磁功率可由光伏发电装置DCV1、直流发电装置DCV2、直流储能装置DCV3、交流发电装置ACV1提供或者将交流电网AC0的电能经整流装置RE1整流后供到双馈异步发电机组转子绕组R12，光伏发电装置DCV1、直流发电装置DCV2、直流储能装置DCV3、交流发电装置ACV1发出的电功率通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变速恒频发电机组的扩容系统，适用于全功率变流的同步发电系统及部分功率变流的双馈异步发电系统，其特征在于：包括交流发电机、变流装置、切换开关、交流母线、直流母线、光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置和直流储能装置，以及转速调节控制系统、原动机及其传动机构；将变流装置直流母线开放，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置、直流储能装置中的电能经DC/DC或AC/DC换流后送到变流装置的直流母线；通过切换开关的投切及变流装置运行模式的调整，送到直流母线的电能经变流装置逆变后送到交流电网或通过双馈异步发电机转子、定子送到电网。

【技术特征摘要】
1.一种变速恒频发电机组的扩容系统，适用于全功率变流的同步发电系统及部分功率变流的双馈异步发电系统，其特征在于：包括交流发电机、变流装置、切换开关、交流母线、直流母线、光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置和直流储能装置，以及转速调节控制系统、原动机及其传动机构；将变流装置直流母线开放，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置、直流储能装置中的电能经DC/DC或AC/DC换流后送到变流装置的直流母线；通过切换开关的投切及变流装置运行模式的调整，送到直流母线的电能经变流装置逆变后送到交流电网或通过双馈异步发电机转子、定子送到电网。2.根据权利要求1所述的一种变速恒频发电机组的扩容系统，其特征在于，对于部分变流的双馈异步发电系统，当双馈异步发电机运行于亚同步状态时，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置发出的电功率通过切换开关投切，经变流装置的机侧和/或网侧变流模块送入电网；当双馈发电机处于同步或超同步状态时光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置发出的电功率通过网侧变流模块送入电网；对于全功率变流的同步发电系统，光伏发电装置、直流发电装置、交流发电装置中发出的电功率通过切换开关投切，经变流装置的网侧变流模块送入电网。3.根据权利要求1所述的一种变速恒频发电机组的扩容系统，其特征在于，所述光伏发电装置、直流发电装置、直流储能装置、交流发电装置均与变流装置的直流母线相连，用于将电功率送到电网或直流储能装置。4.根据权利要求1所述的一种变速恒频发电机组的扩容系统，其特征在于，所述光伏发电装置包含太阳能光伏板、DC/DC换流模块，用于将太阳能光伏板发出的直流电经DC/DC换流模块连接直流母线，并送到变流装置。5.根据权利要求1所述的一种变速恒频发电机组的扩容系统，其特征在于，所述直流发电装置用于将直流发...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宝忠，
申请(专利权)人：广州华南鑫沨能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44