风力发电并网的切换系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种风力发电并网的切换系统，属于风力发电与电力电子技术领域，该风力发电并网的切换系统包括风电机组，所述风电机组包括顺序连接的风机、发电机和变流器，所述风力发电并网的切换系统还包括：一开关，与所述发电机的输出端连接；在所述开关断开时，所述发电机的输出电能通过所述变流器输出；在所述开关闭合时，所述发电机的输出电能通过所述开关输出。本实用新型专利技术能够提高风能的利用效率。本实用新型专利技术可以广泛应用在风力发电系统中。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电与电力电子
，特别涉及一种风力发电并网的切 换系统。
技术介绍
风能作为一种清洁的可再生能源，从70年代中期开始受到世界各国的重视，其 中，直驱式永磁风力发电机组是风力发电发展的趋势。目前，大型机组并网发电，已成为世界风能利用的主要形式。现有技术中，直驱式 风力发电机组的并网变流器功率等级与发电机相当，发电机发出的电能全部通过变流器变 换为频率、电压恒定的交流电馈入电网，并通过对电机侧变流器电流的控制而控制电磁转 矩，使之实现最大功率输出。如果外界没有风，风很小或风很大，风力发电机将停止运行，不能发电。在并网型 风力发电系统中，风力发电突然停止，将对电网造成很大冲击，严重威胁电网的运行安全。 当风机停止输出时，目前有采用并网发电和电网无功功率补偿一体化的方法，使逆变器单 独对电网进行无功补偿，改善电能质量。当风机出力很小时，通过设置压缩空气储能系统的 方法，为风能转换机构提供稳定的风力，保证风机的连续稳定发电，或者通过在发电机定子 绕组分段抽头形成能够进行多级调整功率的发变电系统，稳定风机的输出。但是在现有技术中，没有提出一种当风机出力很大时风能的更大利用办法。风机输入功率为Pt 二 JP^ 3，其中P为空气密度，A为风机叶片扫掠面积，V为当前风速，风机输出功率则为P=I^v3Cp ，其中Cp为风能利用系数，即风机将风能转化为机械能的效率，它与风速、风机的叶片转速、叶片直径和桨叶节距角有关，是叶尖速比λ和桨叶 节距角β的函数。在桨叶节距角不变时，风能利用系数只与叶尖速比λ有关，因此，在某 一风速下，调节风机转速，使其运行在最佳叶尖速比，就能获得最大风能利用系数Cpmax,达 到最大风能捕获的目的。为了在任意风速时刻均能捕获最大风能，发电机的转速必须与风速匹配，通常当 风速小于额定风速时，可以通过变流器调节发电机的转速随风速变化，获得最大风能转换 效率。但是当风速高于额定风速而低于风机切出风速时，现有技术需要调整风机桨叶节距 角以调节馈入系统的风能，维持风机在额定功率运行，实际上此刻的风机可以输出更多能 量，但是由于风力发电机或变流器额定功率的限制，导致该能量不能并入电网而白白损失， 降低了风能的利用效率。如果研制更大功率的变流器以减小风速过高时能量的损失，则会 增加系统成本和研制周期。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种风力发电并网的切换系统，能够提高风 能的利用效率。为解决上述技术问题，本技术的实施例提供技术方案如下一方面，提供一种风力发电并网的切换系统，包括风电机组，所述风电机组包括顺 序连接的风机、发电机和变流器，所述风力发电并网的切换系统还包括一开关，与所述发电机的输出端连接；在所述开关断开时，所述发电机的输出电能通过所述变流器输出；在所述开关闭合时，所述发电机的输出电能通过所述开关输出。其中，所述风力发电并网的切换系统还包括一风力发电并网的切换装置，用于测量所述风机的输出功率，并比较所述风机的 输出功率与所述变流器的额定功率，根据比较结果断开或闭合所述开关。其中，所述变流器包括发电机侧三相电容、三相电感、三相最低充电电平LCL并网 滤波电路、发电机侧三相脉冲宽度调制PWM全控变流器以及PWM网侧并网变流器，所述发电 机电连接于所述发电机侧三相电容，所述发电机侧三相电容与所述三相电感连接，所述三 相电感与所述发电机侧三相PWM全控变流器相连接，所述发电机侧三相PWM全控变流器并 联一组平波电容后与PWM网侧并网变流器相连接，所述PWM网侧并网变流器与所述三相LCL 并网滤波电路的输入端相连接，所述三相LCL并网滤波电路的输出端与电网相连。其中，所述发电机侧三相PWM全控变流器为全控三相桥，由六个开关器件构成三 相桥臂并联而成，功率开关器件均为绝缘栅双极型晶体管IGBT ；所述PWM网侧并网变流器由三相全控桥构成，由六个开关器件构成三相桥臂并联 组成，功率开关器件均为IGBT。其中，所述风机与所述发电机的额定功率相同，所述变流器的额定功率小于所述 风机的额定功率。其中，所述风机的额定功率为3 5兆瓦，所述发电机的额定功率为3 5兆瓦， 所述开关的额定功率为3 5兆瓦，所述变流器的额定功率为1 2兆瓦，所述发电机的额 定转速为50赫兹。其中，所述开关为可控硅开关。本技术的实施例具有以下有益效果上述方案中，变流器与一开关并联，当风机输出功率小于或等于变流器额定功率 时，可以将该开关断开，使得风机发出的能量全部通过变流器并网，能够提高风电机组并网 的可靠性和运行效率，减小对电网和发电机的冲击，实现风电机组最佳稳定运行，并实现了 快速功率传输；而当风机输出功率超过变流器额定功率时，可以将该开关闭合，使变流器短 路，以使风机发出的能量直接通过开关并入电网，能够最大限度地将风速升高后的能量通 过发电机传送到网侧，增加风机的发电量，提高了风能的转换效率。附图说明图1为本技术的风力发电并网的切换系统的结构示意图；图2为本技术的风力发电并网的切换系统的另一结构示意图；图3为本技术的变流器结构示意图。具体实施方式为使本技术的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将 结合附图及具体实施例进行详细描述。本技术的实施例针对现有技术中风能的利用效率较低的问题，提供一种风力 发电并网的切换系统，能够提高风能的利用效率。本技术提供了一种风力发电并网的切换系统，如图1所示，该系统包括风机1，发电机2，变流器3，以及开关4、风力发电并网的切换装置8。风机1和发电机2同轴连接，发电机2的输出连接变流器3和开关4，开关4与变 流器3并联连接，在开关4断开时，发电机2的输出电能通过变流器3并入电网中，在开关4 闭合时，发电机2的输出电能通过开关4并入电网中。风力发电并网的切换装置8与风机 1和开关4相连接，用于测量风机1的输出功率，并比较风机1的输出功率与变流器3的额 定功率，根据比较结果断开或闭合开关4。其中，风机1、发电机2以及开关4的额定功率相等，均大于变流器3的额定功率。其中，风机1、发电机2以及开关4的额定功率可以均为3 5兆瓦，变流器3的额 定功率可以为1 2兆瓦，低于风机的额定功率，发电机的额定转速可以设计在50赫兹。其中，如图2所示，变流器3可以为三相全功率变流器，开关4可以为可控硅开关。 下面以图2所示的风力发电并网的切换系统为例，对本技术进行详细介绍当风速较小，低于额定风速时，风机1的输出功率小于或等于全功率变流器3的额 定功率时，风力发电机2在风机1带动下发电，可控硅开关4处于断开状态，风力发电机2 产生的电能通过三相全功率变流器3控制并入电网；此时风机1和风力发电机2都在额定 功率以下运行，变流器3在小于或等于额定功率运行，风机1在低于额定风速运行，风力发 电机2在额定转速运行；当风速升高，风机1输出功率大于全功率变流器3的额定功率时，可控硅开关4闭 合，使全功率变流器3短路，在风轮带动下发电的永磁同步风力发电机2通过可控硅开关4 直接并入电网，此时通过调节变桨系统使发电机2转速保持不变，通过网侧调度中心调节 负载增大发电机输出电流，将风机产生的能量传到电网。如图3所示，变流器3包括电机侧三相电容5、三相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电并网的切换系统，包括风电机组，所述风电机组包括顺序连接的风机、发电机和变流器，其特征在于，所述风力发电并网的切换系统还包括：　　一开关，与所述发电机的输出端连接；　　在所述开关断开时，所述发电机的输出电能通过所述变流器输出；在所述开关闭合时，所述发电机的输出电能通过所述开关输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢清明，苗玉杰，袁宁，王东，李一凡，秦秀娟，吴晓玲，王天亮，刘萌，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]