风力发电并网的切换系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电并网的切换系统及方法，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，所述风电机组包括风机，与所述风机同轴的发电机、变流器，所述风力发电并网的切换系统还包括：一开关，与所述变流器并联，用于在自身闭合时将所述发电机发出的电能并入电网中；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。本发明专利技术实施例能够提高风能的利用效率。本发明专利技术的技术方案可以广泛应用在风力发电系统中。

Switching system and method for wind power generation grid connected

The invention discloses a switching system of a wind power generator and method, which belongs to the field of wind power generation and power electronics, switching system of the wind power grid including wind turbine, the wind turbine comprises a fan, generator, converter coaxial with the fan, the switching system for wind power generation also includes a switch, and the parallel converter, the generator is used for sending in their own closed power grid; switching device of wind power generation, for measuring the output power of the fan, and the rated power output of the wind power machine and the converter, according to the comparison results to open or close the switch. The embodiment of the invention can improve the utilization efficiency of the wind energy. The technical proposal of the invention can be widely applied to the wind power generation system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电与电力电子
，特别涉及一种。
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。风机输入功率为尸IpJv3,其中P为空气密度，A为风机叶片扫掠面积，ν为当前风速，风 2机输出功率则为P。=^pAv1Cp ,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
本专利技术要解决的技术问题是提供一种，能够提高风能的利用效率。为解决上述技术问题，本专利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，所述风电机组包括风机，与所述风机同轴的发电机、变流器，所述风力发电并网的切换系统还包括一开关，与所述变流器并联，用于在自身闭合时将所述发电机发出的电能并入电网中；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，所述风力发电并网的切换装置包括监测模块，用于测量所述风机的输出功率；比较模块，用于比较所述风机的输出功率与所述变流器的额定功率；处理模块，用于当所述风机的输出功率不大于所述变流器的额定功率时，断开所述开关，以使所述发电机发出的电能通过所述变流器并入电网中；当所述风机的输出功率大于所述变流器的额定功率时，闭合所述开关，以使所述发电机发出的电能通过所述开关并入电网中。其中，所述风力发电并网的切换装置还包括调节模块，用于在所述处理模块闭合所述开关后，调节所述风机的叶尖速比，使所述发电机的转速保持不变；增大模块，用于在所述处理模块闭合所述开关后，增大电网侧负载，以增大所述发电机的输出电流。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。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。本专利技术的实施例还提供了一种风力发电并网的切换方法，应用于风力发电并网的切换系统中，所述风力发电并网的切换系统包括风机，与所述风机同轴的发电机、变流器， 以及与所述变流器并联的开关，所述风力发电并网的切换方法包括测量所述风机的输出功率；比较所述风机的输出功率与所述变流器的额定功率；当所述风机的输出功率不大于所述变流器的额定功率时，断开所述开关，以使所述风机发出的能量通过所述变流器并入电网中；5当所述风机的输出功率大于所述变流器的额定功率时，闭合所述开关，以使所述风机发出的能量通过所述开关并入电网中。其中，所述当所述风机的输出功率大于所述变流器的额定功率时，闭合所述开关之后还包括调节所述风机的叶尖速比，使所述发电机的转速保持不变；增大电网侧负载，以增大所述发电机的输出电流。本专利技术的实施例具有以下有益效果上述方案中，当风机输出功率小于或等于变流器额定功率时，可以将开关断开，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，则闭合开关，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为本专利技术实施例的风力发电并网的切换系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的风力发电并网的切换装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例的风力发电并网的切换系统的另一结构示意图；图4为本专利技术实施例的变流器结构示意图；图5为本专利技术实施例的风力发电并网的切换方法的流程图。具体实施例方式为使本专利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。本专利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，能够提高风能的利用效率。本专利技术实施例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，用于在自身闭合时将发电机2发出的电能并入电网中；风力发电并网的切换装置8，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，如图2所示，风力发电并网的切换装置8包括监测模块81，用于测量风机1的输出功率；比较模块82，用于比较风机1的输出功率与变流器3的额定功率；处理模块83，用于当风机1的输出功率不大于变流器3的额定功率时，断开开关 4，以使发电机2发出的电能通过变流器3并入电网中；当风机1的输出功率大于变流器3 的额定功率时，闭合开关4，以使发电机2发出的电能通过开关4并入电网中本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种风力发电并网的切换系统，包括风电机组，所述风电机组包括风机，与所述风机同轴的发电机、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，与所述变流器并联，用于在自身闭合时将所述发电机发出的电能并入电网中；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。

【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：发明
国别省市：11[]