一种风力发电机组制造技术

一种风力发电机组，其特征在于，包括至少一台直驱同步风力发电机和至少一台双馈感应风力发电机，一台并网变流器，每一直驱同步风力发电机和每一双馈感应风力发电机均配有各自的机侧变流器，将其发电机发出的低频交流电流整流成直流电流，所有风力发电机的变流器的输出端共同并联在并网变流器输入端的直流母线上，将所有直流电流汇流，由并网变流器将汇流后的直流电流逆变成工频交流电流，并入电网。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到风力发电领域，综合目前流行的直驱同步电机和双馈感应电机两类风力发电机，以更好地把风能转化为电能。
技术介绍
变速恒频风力发电机较定速风力发电机能更好地利用风能。变速恒频风力发电机就是指一方面电机要根据不同飞风速运行在不同的转速，另一方面还要保证入网电流的频率始终为工频。在风力发电领域中，定速风力发电机逐渐被变速恒频风力发电机取代。随着风电技术的发展，目前双馈感应风力发电机和直驱同步风力发电机(其结构见图2)作为变速恒频风力发电机的两个代表占据了主要的风电市场。这两种机型各具优缺点。直驱同步风力发电机的优点是不需故障率比较高、容易带来噪声和机械损耗的齿轮箱，容易维护；转速调节范围宽，没有极限切入风速的限制，能适应低风速的情况；与电网间通过全功率变流器进行隔离，具有较好的电网故障穿越能力。这些优点正好是双馈风力发电机的缺点，因此，目前直驱同步风力发电机被业界公认为很有前景的一种风力发电机。然而，直驱风力发电机也有一些方面是不及双馈感应电机的。其不足之处主要体现在其所发电能全部都需要通过变流器才能进入电网，全功率的变流器不仅本身价格昂贵，功率器件的开关损耗大，而且入网电流全是开关器件调制出来，因此谐波成分也很多 (如图4所示)，需要更先进的控制技术或需要附加价格昂贵的滤波器；与电网间仅通过一个 VSR相连，该VSR—方面要承担传送有功功率的任务，即维持直流母线电压的稳定，另一方面还要应对电网提出的电压调整、无功支撑等任务，由于单个VSR的过流能力不可能很强， 调节能力也相当有限，很难满足电网的这些要求。双馈感应风力发电机在几年前曾一度占主要风电市场，其关键的优势在于仅需要转差功率的变流器，能“以小搏大”，降低了变流器的成本；具有更灵活的功率因素和电网电压调节能力，不仅可以通过网侧变流器调节无功，也可以通过机侧调节无功，以及稳定定子电压。但是，它需要大功率的齿轮箱，可维护性差，需要较高的切入风速，并且在风速过高、电网电压跌落或电压不平衡时，转子将感应较高的端电压而容易损耗变流器的功率管 (双馈电机定子电流波形见图5，双馈变流器满功率运行功率管温升曲线见图6 )。从以上分析可知，直驱同步风力发电机和双馈感应风力发电机各具优缺点。本专利技术旨在设计一种直驱同步电机和双馈感应电机互补的风力发电系统，尽可能地综合直驱和双馈的一些优点，而弥补相互的不足，能更好地把风能转化为电能。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种直驱同步电机与双馈感应电机互补的风力发电机组， 其技术方案是一种风力发电机组，其特征在于，包括至少一台直驱同步风力发电机和至少一台双馈感应风力发电机，一台并网变流器，每一直驱同步风力发电机和每一双馈感应风力发电机均配有各自的机侧变流器，将其发电机发出的低频交流电流整流成直流电流，所有风力发电机的变流器的输出端共同并联在并网变流器输入端的直流母线上，将所有直流电流汇流，由并网变流器将汇流后的直流电流逆变成工频交流电流，并入电网。该机组配有LC滤波器，该LC滤波器的一端连接并网变流器的输出端，另一端连接电网，所述工频交流电流经LC滤波器滤波后，再并入电网。该机组配有直流链电容，该直流链电容并接在并网变流器输入端的直流母线上。每一直驱同步风力发电机均配有du/dt滤波器，该du/dt滤波器的一端连接同步发电机的定子绕组，另一端连接该直驱同步风力发电机变流器的输入端；每一双馈感应风力发电机均配有du/dt滤波器，该du/dt滤波器的一端连接感应发电机的转子绕组，另一端连接该双馈感应风力发电机变流器的输入端。所述直驱同步风力发电机的总装机功率约等于双馈感应风力发电机的总装机功率。所述直驱同步风力发电机和双馈感应风力发电机在风场相间布置，使两种风力发电机的受风量及发出的电功率大致相当。本专利技术的技术效果如下1、开关损耗降低，发电效率提高。由于双馈电机需要吸收的功率与永磁电机发出的功率可以在直流侧抵消，这样为并网变流器降低了大概两倍转差功率的负担。变流器的功率器件工作在高频开关状态，其热损耗是不容忽视的。功率器件的热损耗是限制器件功率做大的最难以克服的问题之一，即便目前很多厂家采样先进的调制技术，先进的散热技术，也常在大功率时遇到瓶颈。附图6给出目前某风场大规模使用的一款变流器的高低温试验结果，各模块温升基本上都30度以上。温升和发热很容易损坏价格昂贵的功率器件。采用直驱同步电机和双馈感应电机功率互补控制技术，在双馈电机亚同步工作时，降低了 2倍转差功率的能量交换。就按0. 2的转差率计算，5%的开关损耗计算，在亚同步状态下可以降低整个双馈风机容量的2、的热损耗，这是非常可观的。2、需要硬件较少，具有成本优势。对比附图1和附图2可知，该系统与发出同等功率的直驱和双馈分别发电的系统相比，减少一个VSR、一个直流电容阵等电气设备，降低了系统成本和变流器的体积。如果单独设计一台双馈风机系统和一台直驱同步风机系统，最少要4个VSR。在大功率逆变器价格昂贵的今天，这样的节省是可观的。另外，LC滤波回路、断路器等保护回路等器件也可以节省一些。当然，在电气元件方面，需要考虑直驱与双馈互补系统所要使用的电缆是否会比单独发电的系统会多。这一点可以通过将双馈风机和直驱风机装得比较近来避免，一般风资源比较丰富的地方，一两百米内装两台风机完全是可行的。3、控制灵活度增加，电网适应性变强。该系统3个VSR共母线连接，比单独的双馈或直驱风机系统多了一个可控元件，控制自由度多了一个，互补控制性增强。电网适应性增强主要体现在两个方面。第一，处理电网故障的能力增强。如技术方案中所述，在电网故障时，3个VSR可以互相配合，共同为电网提供有功和无功支持的同时又能避免能量的无处释放而损害发电系统。第二，入网电流的谐波含量会降低。下表一为某型号双馈风力发电机入网电网的谐波测试数据。同步转速为1500rpm，从表中可看出，越是亚同步越是谐波含量高，这是因为亚同步时入网电流的成分中并网变流器占据得多而定子入网电流少。并网变流器的入网电流是由开关调制出来，谐波含量较高，如附图4所示，而定子电流是旋转磁场感应的电压产生的电流，电机电感较大而谐波电流就小，如附图5所示。这里提出的直驱同步与双馈感应互补的发电机正好可以做到在亚同步状态下入网电流主要经过定子，而甚少经过并网变流器，因此可以降低入网电流的谐波。 表1、某型号1. 5丽双馈风力发电机入网电流的谐波测试转速THD3次5次7次9次3 次38次46次rpm(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)12007.55.63.31.00. 80.50.510.714004.484.02.680.510.522.050.880.516001.S41.611.580.480.250.1S0.20.2318000.930.850.710.160.110.230.10.1总之，该系统具有不少优点，需要在实际开发和应用中进一步的挖掘和提高。附图说明图1直驱同步电机与双馈感应电机互补风力发电机组结构图。图2直驱同步电机与双馈感应电机独立风力发电系统结构图。图3-1并网变流器VSRl直流电压控制原理图。图3-2直驱侧VSR2功率控制原理图。图3-3双馈侧VSR3功率控制原理图。图4并网变流器入网电流波形。图5双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，闵泽生，陈建国，蒋驰雷，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川东方电气自动控制工程有限公司，
类型：发明
国别省市：