專利名稱：寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電與電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為實(shí)現(xiàn)哥本哈根氣候會(huì)議上承諾的2020年減排40% -50%的目標(biāo)，我國(guó)已進(jìn)入低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期?！犊稍偕茉粗虚L(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》提出，到2020年可再生能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的比重達(dá)到15%。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需大力發(fā)展風(fēng)電，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，建立起完善的風(fēng)電裝備制造體系。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力超過(guò)25億kV，風(fēng)力發(fā)電受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持。據(jù)《“十二五”風(fēng)力發(fā)電電器設(shè)備行業(yè)發(fā)展規(guī)劃(草案)》，近年我國(guó)風(fēng)電企業(yè)取得重大領(lǐng)域突破，風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)基本形成比較齊全的產(chǎn)業(yè)鏈。目前基本形成關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)體系。其中發(fā)電機(jī)、葉片、齒輪箱的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程較好，齒輪箱的產(chǎn)能擴(kuò)展較為緩慢，控制系統(tǒng)和變流系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)滯后，尚不能完全滿足國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。
風(fēng)電設(shè)備發(fā)展的主要趨勢(shì)為單機(jī)容量大型化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向著變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)，發(fā)電機(jī)向著變速恒頻發(fā)電技術(shù)發(fā)展。目前利用風(fēng)能的方式主要是大型風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，一般市場(chǎng)上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速約為2. 5m/s-4m/s，于風(fēng)速12m/s-15m/s時(shí)達(dá)到額定的輸出容量。當(dāng)風(fēng)速更高時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制機(jī)構(gòu)將電力輸出穩(wěn)定在額定容量左右，為避免過(guò)高的風(fēng)速損壞發(fā)電機(jī)，大多于風(fēng)速達(dá)20m/s-25m/s范圍內(nèi)停機(jī)。
恒速恒頻機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)為控制簡(jiǎn)單，電機(jī)結(jié)實(shí)可靠，同時(shí)電氣部分成本很低。然而， 該機(jī)組由于發(fā)電機(jī)無(wú)法根據(jù)風(fēng)速的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，機(jī)組只能在一個(gè)風(fēng)速值下實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，無(wú)法在較寬風(fēng)速范圍內(nèi)保證風(fēng)能利用率；因?yàn)檗D(zhuǎn)速恒定，造成并網(wǎng)功率的脈動(dòng)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性，同時(shí)無(wú)法對(duì)網(wǎng)側(cè)無(wú)功進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，并網(wǎng)電能質(zhì)量較低。
變速恒頻機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)為，首先能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)能的最大功率跟蹤；其次，由風(fēng)速脈動(dòng)引起的功率變化可由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子吸收，減小了軸承和齒輪箱等剛性元件的機(jī)械應(yīng)力，并能有效抑制噪聲；第三，電力電子裝置的引入使得機(jī)組控制上更加靈活，能夠滿足網(wǎng)側(cè)有功和無(wú)功控制、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高質(zhì)量電能并網(wǎng)等要求。目前，主流的變速恒頻機(jī)組可分為基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的齒輪驅(qū)動(dòng)型機(jī)組和基于永磁同步發(fā)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)型機(jī)組兩類。
如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線圖，其中，曲線1為風(fēng)機(jī)在額定功率的運(yùn)行曲線，曲線2為風(fēng)機(jī)運(yùn)行的理想曲線。風(fēng)機(jī)的額定功率為 Pwe，發(fā)電機(jī)的額定功率為Riie，變流器額定功率為Pce，風(fēng)機(jī)的傳統(tǒng)目標(biāo)功率為Rnin {Pme， Pee}，要求 Pwe > Pmin {Pme，Pce}，其中，Pmin {Pme，Pce}表示 Pmin 為 Pme 禾口 Pce 中的最小值。風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速為Vcut-in，傳統(tǒng)目標(biāo)風(fēng)速為Vc，額定風(fēng)速為Vr，切出風(fēng)速為Vcut_out， 傳統(tǒng)目標(biāo)風(fēng)速由發(fā)電機(jī)和變流器允許的最小功率即風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)目標(biāo)功率RiiinlPme，Pce}決定。當(dāng)風(fēng)機(jī)在傳統(tǒng)目標(biāo)功率Riiin {Pme，Pce}左右時(shí)，就能按照50Hz的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，而從 Pmin{Pme, Pce}到Pwe時(shí)風(fēng)機(jī)一直保持50Hz額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，當(dāng)風(fēng)速高于目標(biāo)風(fēng)速時(shí)，需要調(diào)整風(fēng)機(jī)槳距角以調(diào)節(jié)饋入系統(tǒng)的風(fēng)能，保持風(fēng)機(jī)在傳統(tǒng)目標(biāo)功率運(yùn)行，形成附圖1曲線1。然而實(shí)際上此刻的風(fēng)機(jī)可以輸出更多能量，但是由于發(fā)電機(jī)或變流器額定功率的限制，導(dǎo)致該能量不能及時(shí)并入電網(wǎng)而白白損失，直接降低了風(fēng)能的利用效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。
為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種具有可在寬風(fēng)速范圍內(nèi)正常向外輸送電能的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)；混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)與所述風(fēng)機(jī)同軸相連，在所述風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下產(chǎn)生三相交流電；全功率變流器，所述全功率變流器與所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相連，用于將所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為恒頻、恒幅、且與電網(wǎng)同相的三相交流電；接觸器，所述接觸器與所述全功率變流器并聯(lián)，用于將所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電輸入所述電網(wǎng)；接觸器控制器，所述接觸器控制器與所述接觸器相連，用于對(duì)所述接觸器進(jìn)行控制；勵(lì)磁控制器，所述勵(lì)磁控制器與所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相連，用于調(diào)整所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值與所述電網(wǎng)的電壓幅值相同；變槳控制器，所述變槳控制器與所述風(fēng)機(jī)相連， 用于通過(guò)所述風(fēng)機(jī)調(diào)整所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出頻率和相位分別與所述電網(wǎng)的頻率和相位相同；以及主控制器，所述主控制器分別與所述接觸器控制器、所述勵(lì)磁控制器和所述變槳控制器相連，其中，所述風(fēng)機(jī)的額定功率大于所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的額定功率，所述接觸器的額定功率大于所述全功率變流器的額定功率，且所述主控制器用于當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率小于或等于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述主控制器控制所述接觸器斷開(kāi)以使所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率通過(guò)所述全功率變流器輸出至所述電網(wǎng)；當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率呈現(xiàn)出大于所述全功率變流器的額定功率的趨勢(shì)時(shí)，所述主控制器分別通過(guò)所述勵(lì)磁控制器和所述變槳控制器調(diào)整所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值、輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與所述電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位相同，且在所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值、輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與所述電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位相同之后， 控制所述接觸器控制器以使所述接觸器吸合。當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率大于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述主控制器通過(guò)控制所述接觸器控制器以使所述接觸器吸合，以使所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率通過(guò)所述接觸器輸出至所述電網(wǎng)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)使用全功率變流器、勵(lì)磁控制器和變槳控制器對(duì)風(fēng)機(jī)輸出的不同功率進(jìn)行調(diào)整，保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在各個(gè)風(fēng)速下并網(wǎng)向外輸送電能的能力。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)。
另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征
所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的額定功率大于所述接觸器的額定功率。
所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)為永磁和電勵(lì)磁混合勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)。
當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率小于或等于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在變速恒頻階段。
當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率呈現(xiàn)出大于所述全功率變流器的額定功率的趨勢(shì)，且所述接觸器未吸合前，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在由所述變速恒頻向恒速恒頻轉(zhuǎn)換階段。
當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率大于所述全功率變流器的額定功率，且所述接觸器吸合后，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在恒速恒頻階段。
在所述接觸器吸合之后，且所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率小于或等于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在恒速恒頻向變速恒頻轉(zhuǎn)換階段。
所述全功率變流器包括背靠背連接的電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器，其中所述電機(jī)側(cè)變流器與所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)連接，所述網(wǎng)側(cè)變流器與所述電網(wǎng)連接。
所述勵(lì)磁控制器具體包括勵(lì)磁控制單元；勵(lì)磁電源，用于在所述勵(lì)磁控制單元的調(diào)節(jié)下，提供勵(lì)磁電壓；和功率單元，用于在所述勵(lì)磁控制單元的調(diào)節(jié)下，實(shí)現(xiàn)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的弱磁和增磁。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行流程圖；以及
圖4是根據(jù)發(fā)明實(shí)施例的混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制器的勵(lì)磁調(diào)節(jié)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、 “連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，該混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)1、混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2、全功率變流器3、接觸器4、接觸器控制器5、勵(lì)磁控制器6、變槳控制器7和主控制器8。
混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2與風(fēng)機(jī)1同軸相連，在風(fēng)機(jī)1的帶動(dòng)下產(chǎn)生三相交流電。全功率變流器3與混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2相連，用于將混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為恒頻、恒幅、且與電網(wǎng)9同相的三相交流電。接觸器4與全功率變流器3并聯(lián)，用于將混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電輸入電網(wǎng)9。接觸器控制器5與接觸器4相連，用于實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)2的輸出電壓和電網(wǎng)9的電壓的幅度、相位和頻率的監(jiān)測(cè)，并對(duì)接觸器4進(jìn)行控制。勵(lì)磁控制器6與混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2相連，用于調(diào)整混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值與電網(wǎng)9的電壓幅值相同。變槳控制器7與風(fēng)機(jī)1相連，用于通過(guò)風(fēng)機(jī)1調(diào)整混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與電網(wǎng)9的頻率和相位相同。主控制器8分別與接觸器控制器5、勵(lì)磁控制器6和變槳控制器7相連。其中，風(fēng)機(jī)1的額定功率Pwe大于混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的額定功率Riie，接觸器4的額定功率Pse大于全功率變流器3的額定功率Pee。
當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率小于或等于全功率變流器3的額定功率時(shí)，主控制器8控制接觸器4斷開(kāi)以使混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率通過(guò)全功率變流器3輸出至電網(wǎng)9，有效地提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的可靠性和運(yùn)行效率，減小對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的沖擊，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最佳穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了快速功率傳輸。
當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率呈現(xiàn)出大于全功率變流器3的額定功率趨勢(shì)時(shí)， 主控制器8分別通過(guò)勵(lì)磁控制器6和變槳控制器7調(diào)整混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值、 輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與電網(wǎng)9的電壓幅值、頻率和相位相同，且在混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值、輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與電網(wǎng)9的電壓幅值、頻率和相位相同之后，控制接觸器控制器5以使接觸器4吸合，使風(fēng)機(jī)1發(fā)出的能量超過(guò)全功率變流器3的額定功率的部分通過(guò)接觸器并入電網(wǎng)，提高風(fēng)能的利用率，最大限度地實(shí)現(xiàn)全風(fēng)速范圍并網(wǎng)控制。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的額定功率Riie可大于接觸器4的額定功率I3Se。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2為永磁和電勵(lì)磁混合勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，全功率變流器3可為兩個(gè)背靠背連接的三相橋式變流器，即連接混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的電機(jī)側(cè)變流器和連接電網(wǎng)9的網(wǎng)側(cè)變流器。
具體地，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，勵(lì)磁控制器9可包括勵(lì)磁控制單元、勵(lì)磁電源和功率單元。在勵(lì)磁控制單元的調(diào)節(jié)下，勵(lì)磁電源提供勵(lì)磁電壓，功率單元實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的弱磁和增磁。
下面結(jié)合圖1至圖4詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的工作過(guò)程。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行流程圖。圖4為根據(jù)發(fā)明實(shí)施例的混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制器的勵(lì)磁調(diào)節(jié)示意圖。如圖3 所示，該混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行包括以下步驟
1)當(dāng)混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)始工作階段，或從恒速恒頻階段斷開(kāi)接觸器5后， 混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率Pm小于或等于全功率變流器3的額定功率Pce時(shí)，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2在風(fēng)機(jī)1的帶動(dòng)下發(fā)電，接觸器5處于斷開(kāi)狀態(tài)，電能通過(guò)全功率變流器3控制并入電網(wǎng)9。此階段內(nèi)，混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在變速恒頻階段。
2)當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率Rii呈現(xiàn)出大于全功率變流器3的額定功率Pce 的趨勢(shì)時(shí)，控制勵(lì)磁控制器6調(diào)節(jié)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁，直至混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的電壓幅值與電網(wǎng)9的電壓幅值相同，同時(shí)控制變槳控制器7調(diào)節(jié)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓的頻率和相位直至混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓的頻率和相位對(duì)應(yīng)與電網(wǎng)9的頻率和相位相同，控制接觸器控制器5使接觸器4吸合，使混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2輸出直接并網(wǎng)運(yùn)行。此階段內(nèi)，混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在從變速恒頻向恒速恒頻轉(zhuǎn)換的階段。
具體地，如圖4所示，勵(lì)磁控制器6的勵(lì)磁調(diào)節(jié)包括以下步驟
A)當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值大于(網(wǎng)側(cè)電壓幅值+Δυ)，其中AU為預(yù)定的電壓幅值偏差，或者混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值大于網(wǎng)側(cè)電壓幅值且呈上升趨勢(shì)時(shí)，控制混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁裝置弱磁工作以減小混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值使得混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相同。如果勵(lì)磁裝置弱磁工作后，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值仍大于網(wǎng)側(cè)電壓幅值，則調(diào)節(jié)變槳系統(tǒng)減小迎風(fēng)面， 直至混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相同。
B)當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值小于(網(wǎng)側(cè)電壓幅值-AU)，其中AU為預(yù)定的電壓幅值偏差，或者混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值小于網(wǎng)側(cè)電壓幅值且呈下降趨勢(shì)時(shí)，控制混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁裝置增磁工作以增大混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值使得混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相同。如果勵(lì)磁裝置增磁工作后，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值仍小于網(wǎng)側(cè)電壓幅值，則調(diào)節(jié)變槳系統(tǒng)增大迎風(fēng)面， 直至混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相同。
3)當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率Rn大于全功率變流器3的額定功率Pce，并且接觸器4已經(jīng)吸合，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2輸出并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在速恒頻階段。
4)當(dāng)接觸器4已經(jīng)吸合，但混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出功率Rii小于全功率變流器3 的額定功率Pce時(shí)，控制風(fēng)機(jī)1降低輸出功率，控制接觸器控制器5斷開(kāi)接觸器4。此階段內(nèi)，混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在從恒速恒頻向變速恒頻轉(zhuǎn)換的階段。
上述1)、2)、3)、4)階段循環(huán)運(yùn)行。
綜上，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，風(fēng)機(jī)1帶動(dòng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2發(fā)出三相頻率及幅值都變化的交流電；交流電經(jīng)過(guò)連接混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的電機(jī)側(cè)變流器的整流和直流側(cè)濾波電容的濾波后，得到電壓基本恒定的直流電，經(jīng)過(guò)PWM控制的網(wǎng)側(cè)變流器輸出恒頻、恒幅與電網(wǎng)同相的三相交流電，滿足并網(wǎng)條件，可直接并入電網(wǎng)9。
當(dāng)風(fēng)速很大，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2輸出功率Rn呈現(xiàn)出超過(guò)全功率變流器3的額定功率Pce趨勢(shì)時(shí)，根據(jù)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2輸出電壓幅值與電網(wǎng)9電壓幅值的關(guān)系調(diào)節(jié)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的電勵(lì)磁，直至混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓幅值與電網(wǎng)9的電壓幅值相同，調(diào)節(jié)變槳控制器7，直到混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的輸出電壓頻率和相位對(duì)應(yīng)與電網(wǎng)9的頻率和相位相同，吸合接觸器4，使風(fēng)機(jī)1捕獲的能量直接通過(guò)接觸器4并網(wǎng)，此時(shí)接觸器4的輸出功率為Pm。
當(dāng)風(fēng)速足夠大，混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2輸出功率Rn超過(guò)全功率變流器3的額定功率 Pce時(shí)，且接觸器4吸合，風(fēng)機(jī)1捕獲的能量直接通過(guò)接觸器4并網(wǎng)，此時(shí)接觸器4的輸出功率為Pm。
當(dāng)風(fēng)速減小，檢測(cè)到混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2輸出功率Rn小于全功率變流器3的額定功率Pce時(shí)，控制混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2并網(wǎng)輸出功率，逐漸降低并網(wǎng)功率，斷開(kāi)接觸器4，逐步增大全功率變流器3的輸出功率。過(guò)程中需要通過(guò)變槳控制器7調(diào)整混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)2的電磁轉(zhuǎn)矩，將風(fēng)機(jī)1捕獲的能量最大限度地快速并入電網(wǎng)9。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)使用全功率變流器、勵(lì)磁控制器和變槳控制器對(duì)風(fēng)機(jī)輸出的不同功率進(jìn)行調(diào)整，保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在各個(gè)8風(fēng)速下并網(wǎng)向外輸出電能的能力。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)穩(wěn)定性好，成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)。
在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括 風(fēng)機(jī)；混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)與所述風(fēng)機(jī)同軸相連，在所述風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下產(chǎn)生三相交流電；全功率變流器，所述全功率變流器與所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相連，用于將所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為恒頻、恒幅、且與電網(wǎng)同相的三相交流電；接觸器，所述接觸器與所述全功率變流器并聯(lián)，用于將所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電輸入所述電網(wǎng)；接觸器控制器，所述接觸器控制器與所述接觸器相連，用于對(duì)所述接觸器進(jìn)行控制； 勵(lì)磁控制器，所述勵(lì)磁控制器與所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相連，用于調(diào)整所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值與所述電網(wǎng)的電壓幅值相同；變槳控制器，所述變槳控制器與所述風(fēng)機(jī)相連，用于通過(guò)所述風(fēng)機(jī)調(diào)整所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與所述電網(wǎng)的頻率和相位相同；以及主控制器，所述主控制器分別與所述接觸器控制器、所述勵(lì)磁控制器和所述變槳控制器相連，其中，所述風(fēng)機(jī)的額定功率大于所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的額定功率，所述接觸器的額定功率大于所述全功率變流器的額定功率，且所述主控制器用于當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率小于或等于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述主控制器控制所述接觸器斷開(kāi)以使所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率通過(guò)所述全功率變流器輸出至所述電網(wǎng)；當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率呈現(xiàn)出大于所述全功率變流器的額定功率的趨勢(shì)時(shí)， 所述主控制器分別通過(guò)所述勵(lì)磁控制器和所述變槳控制器調(diào)整所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值、輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與所述電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位相同，且在所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值、輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與所述電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位相同之后，控制所述接觸器控制器以使所述接觸器吸合；當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率大于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述主控制器通過(guò)控制所述接觸器控制器以使所述接觸器吸合，以使所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率通過(guò)所述接觸器輸出至所述電網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的額定功率大于所述接觸器的額定功率。
3.如權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)為永磁和電勵(lì)磁混合勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率小于或等于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在變速恒頻階段。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率呈現(xiàn)出大于所述全功率變流器的額定功率的趨勢(shì)，且所述接觸器未吸合前，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在由所述變速恒頻向恒速恒頻轉(zhuǎn)換階段。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 當(dāng)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率大于所述全功率變流器的額定功率，且所述接觸器吸合后，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在恒速恒頻階段。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 在所述接觸器吸合之后，且所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)輸出功率小于或等于所述全功率變流器的額定功率時(shí)，所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)運(yùn)行在恒速恒頻向變速恒頻轉(zhuǎn)換階段。
8.如權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述全功率變流器包括背靠背連接的電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器，其中所述電機(jī)側(cè)變流器與所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)連接，所述網(wǎng)側(cè)變流器與所述電網(wǎng)連接。
9.如權(quán)利要求1所述的寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述勵(lì)磁控制器具體包括勵(lì)磁控制單元；勵(lì)磁電源，用于在所述勵(lì)磁控制單元的調(diào)節(jié)下，提供勵(lì)磁電壓；和功率單元，用于在所述勵(lì)磁控制單元的調(diào)節(jié)下，實(shí)現(xiàn)所述混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的弱磁和增磁。
全文摘要
本發(fā)明提出一種寬風(fēng)速范圍的混合勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)、混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)、全功率變流器、接觸器、接觸器控制器、勵(lì)磁控制器、變槳控制器和主控制器。當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率小于或等于全功率變流器的額定功率時(shí)，主控制器控制接觸器斷開(kāi)以使混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率通過(guò)全功率變流器輸出至電網(wǎng)。當(dāng)混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出功率呈現(xiàn)出大于全功率變流器的額定功率的趨勢(shì)時(shí)，主控制器分別通過(guò)勵(lì)磁控制器和變槳控制器調(diào)整混合勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值、輸出頻率和相位對(duì)應(yīng)與電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位相同，然后控制接觸器吸合。本發(fā)明保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在各個(gè)風(fēng)速下并網(wǎng)向外輸送電能的能力。
文檔編號(hào)H02J3/40GK102522769SQ20111039400
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者張智佳, 張花, 朱明星, 李一凡, 苗立杰, 謝清明, 霍雪嬌 申請(qǐng)人:北京動(dòng)力機(jī)械研究所