專利名稱：大功率風力發(fā)電的并網(wǎng)技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大功率風力發(fā)電并網(wǎng)的技術，尤其涉及一種集中式多組合并逆變模塊并網(wǎng)的技術。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，從70年代中期開始受到世界各國的重視，由于風力發(fā)電比其他可再生能源利用在經(jīng)濟上更具有競爭優(yōu)勢，因而發(fā)展迅速。目前，大型機組并網(wǎng)發(fā)電，已成為世界風能利用的主要形式。
現(xiàn)有風力發(fā)電系統(tǒng)中，風力發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤?，通過一系列的電力電子裝置，將電能輸入到電網(wǎng)。(見2002年6月機械工業(yè)出版社出版的《風力發(fā)電機組的控制技術》134頁圖8-6)風力發(fā)電機所發(fā)電能先經(jīng)過整流裝置變?yōu)橹绷鳎缓笸ㄟ^逆變裝置將直流變?yōu)榻涣?，?jīng)過輸電線路以及變壓器升壓后，并入電網(wǎng)。其中輸電線路包括主開關、過濾器以及熔斷器。有些系統(tǒng)在整流裝置與逆變裝置之間還加有斬波裝置，調(diào)整電壓幅值。傳感器檢測電網(wǎng)的狀態(tài)，將反饋信號提供給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括風機控制器與逆變控制器，風機控制器改變風機的狀態(tài)，逆變控制器控制逆變器的工作方式。
現(xiàn)有的風電場規(guī)模很大，每一個風電場都有很多風力發(fā)電機，每一個風力發(fā)電機都需要配備這樣的一套電力電子裝置進行電能的轉(zhuǎn)化及電力的并網(wǎng)。這樣的設計存在幾個缺點首先，電能在傳輸過程中的損耗比較大。由于經(jīng)過逆變器逆變后的交流電壓比較低，從而傳輸中的電流比較大，所以在長距離傳輸過程中，電能損耗比較大。
其次，由于每個風機單元到變電所之間為交流輸電，傳輸線中不可避免的存在電感，它對交流輸電系統(tǒng)的影響是不可避免的。
最后，控制不方便。由于每一個風力發(fā)電機都對應著一個電力電子變換裝置，這樣，風力發(fā)電場中就有許多這樣的電力電子變換裝置，而由于風力發(fā)電機分布的比較分散，所以，保養(yǎng)、維護、檢修等都很不方便。而且反饋信號傳輸?shù)木嚯x比較遠，由于電磁干擾等因素的影響，也給信號傳輸?shù)木_度帶來了很大影響。一旦某一個電力電子裝置出故障，維修人員要去損壞的地方進行維修，費時費力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的風力發(fā)電系統(tǒng)中存在的電能在傳輸過程中損耗比較大和電力電子裝置控制不方便等缺點。
本發(fā)明的技術方案在每一個風力發(fā)電機的電力電子裝置中取消逆變器，將所有風力發(fā)電機電力電子裝置中的逆變器組合在一起，實現(xiàn)模塊化設計。
本發(fā)明的有益效果風力發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)過整流斬波裝置后轉(zhuǎn)換為高壓直流電能。由于在各個風機與變電所之間采用高壓直流輸電，在不改變現(xiàn)有傳輸線的情況下，可以允許傳輸電壓比較高。
由于采用高壓直流輸電技術，在同樣功率的條件下輸電電流較小，在同等距離的傳輸過程中，功率損耗相對也會減小。另外，由于電流減小導致斬波器各器件中的電流相對變小，降低了功率器件的能量損耗。另外直流輸電可以減少輸電線上電感對電能的消耗。
采用高壓直流輸電技術，可以降低輸電工程中的電磁干擾，提高整個系統(tǒng)的可靠性。
采用高壓直流輸電技術，減小了傳輸線以及變壓器的數(shù)目，同時減小了反饋信號線路的長度降低了成本。
系統(tǒng)采用了多組合并逆變模塊，將所有的逆變器放在一起，便于維護人員保養(yǎng)、維護、檢修。
在以往設計中，當某一個風力發(fā)電機對應的逆變器損壞時，此發(fā)電機就不能繼續(xù)向電網(wǎng)輸電，直至維修人員修好裝置。本發(fā)明中由于采用模塊化設計，把所有逆變器集中在一起，當某一個逆變器損壞的時候，備用逆變器可以頂替損壞的逆變器的工作，使得風力發(fā)電機發(fā)出的電能不會因為某一個逆變器的損壞而停止傳輸，增強了系統(tǒng)可靠性。
采用多組合并逆變模塊使逆變的方式更加靈活，從而降低了系統(tǒng)中的高頻電磁干擾。


圖1為風力發(fā)電機組整體并網(wǎng)框圖具體實施方式
如附圖1所示，每個風機輸出的電能經(jīng)過整流斬波，將風能轉(zhuǎn)化為高壓直流電能。二極管D的陽極與斬波器的輸出端相連，二極管D的陰極與高壓直流輸電線路輸入端的直流平波電抗器相連。二極管D的主要作用是阻斷負電流。高壓直流輸電線路輸出端的直流平波電抗器與變電所側(cè)多組合并逆變模塊輸入端相連。多組合并逆變模塊將高壓直流電能轉(zhuǎn)化為三相交流電，通過變壓器星——三角變換并到公共電網(wǎng)上。傳感器檢測電網(wǎng)的狀態(tài)，將反饋信號提供給風機控制器與逆變控制器。風機控制器改變風機的狀態(tài)，逆變控制器控制逆變器的工作方式。輸電線路為正、負直流1.5KV-60KV。
如附圖1所示，多組合并逆變模塊由M個逆變器組成，M個逆變器以并聯(lián)的方式連接到高壓直流輸電線路中。若一臺風機發(fā)電最大功率為W1，風機的總數(shù)為N，每個逆變器可轉(zhuǎn)換的功率為W2，則M＝W1*N/W2+1。因此同時最多有M-1個逆變模塊工作，1個逆變模塊為熱備用。當一個工作中的逆變模塊發(fā)生故障時，備用模塊以手動或自動的方式切換到工作狀態(tài)，替換下故障模塊，從而提高了系統(tǒng)的可靠度。
圖1中以三相交流電中的一相為例，繪制了并網(wǎng)框圖。多組合并逆變模塊包括多個逆變器與一個互感器L，每個逆變模塊的輸出端M1、M2與互感器L的一組輸入端相連，每個逆變器輸出的交流電壓通過互感器L合并為一相交流電壓通過X1、X2端輸出。輸出交流電壓通過星——三角變換與公共電網(wǎng)相連。
高壓直流輸電線路采用1998年6月科學出版社出版的《高壓直流輸電系統(tǒng)的運行和控制》中介紹的技術。
權(quán)利要求
1.一種大功率風力發(fā)電的并網(wǎng)技術，它包括風力發(fā)電機、整流裝置、斬波裝置、輸電線路、逆變裝置、變壓器與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的輸電線路為高壓直流輸電線路，其輸入端的直流平波電抗器與二極管D陰極相連，輸出端的直流平波電抗器與多組合并逆變模塊輸入端P相連；所述的斬波裝置為高壓斬波器，它的輸入端與整流裝置的輸出端相連，輸出端與二極管D陽極相連；所述的逆變裝置在變電所側(cè)，為多組合并逆變模塊，包括多個逆變器與一個互感器L，每個逆變模塊的輸入端并聯(lián)在多組合并模塊的輸入端P上，輸出端M1、M2與互感器L的一組輸入端相連，每個逆變器輸出的交流電壓通過互感器L合并為一相交流電壓通過X1、X2端輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率風力發(fā)電的并網(wǎng)技術，其特征在于，所述的輸電線路為正、負直流1.5KV-60KV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率風力發(fā)電并網(wǎng)技術，針對現(xiàn)有的風力發(fā)電系統(tǒng)中存在的電能在傳輸過程中損耗比較大和電力電子裝置控制不方便等缺點，本技術取消了每一個風力發(fā)電機的電力電子裝置中的逆變器，將所有風力發(fā)電機電力電子裝置中的逆變器組合在一起，實現(xiàn)模塊化設計，多組合并逆變模塊，包括多個逆變器與一個互感器L，每個逆變模塊的輸入端并聯(lián)在多組合并模塊的輸入端P上，輸出端M1、M2與互感器L的一組輸入端相連，每個逆變器輸出的交流電壓通過互感器L合并為一相交流電壓通過X1、X2端輸出。在風機與電網(wǎng)之間采用直流高壓輸電，提高了系統(tǒng)的效率以及可靠度。
文檔編號H02J3/38GK1776990SQ20051013066
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者汪至中 申請人:北京交通大學