專利名稱：用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器分布式布置結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是麗級(jí)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
如圖I所示，為直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)的主電路布置方式，這種布置方式中，塔底變流器根據(jù)機(jī)側(cè)部分的整流方式不同分為被動(dòng)整流或主動(dòng)整流兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖2所示，被動(dòng)整流采用二極管整流橋?qū)崿F(xiàn)將發(fā)電機(jī)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，機(jī)側(cè)電壓不會(huì)出現(xiàn)由于電纜過長產(chǎn)生的過電壓問題，但由于二極管整流固有的低功率因數(shù)缺點(diǎn)，在整流橋的交流輸入端需額外增加功率補(bǔ)償電容。另外，由于被動(dòng)整流變流器通過斬波升壓電路實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)側(cè)扭矩的實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速適應(yīng)性不寬，低風(fēng)速機(jī)組需要更多·的功率補(bǔ)償電容，而高風(fēng)速機(jī)組則會(huì)發(fā)生有功功率失控的問題。如圖3所示，主動(dòng)整流機(jī)側(cè)，采用例如IGBT之類的全控開關(guān)器件通過PWM整流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將發(fā)電機(jī)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，由于能夠通過控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的弱磁和強(qiáng)磁，對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速范圍適應(yīng)性寬，且不需要機(jī)側(cè)功率補(bǔ)償電容，但是由于在PWM整流模式下電機(jī)側(cè)變流器電壓波形有很大的du/dt (在母線電壓為1100V時(shí)，對(duì)于IGBT器件，du/dt值可以達(dá)到幾萬伏/微秒)，且由于發(fā)電機(jī)到變流器整流橋的電纜長度過長(約100m)，在PWM整流模式下由于阻抗失配的導(dǎo)線波導(dǎo)效應(yīng)會(huì)在電機(jī)側(cè)產(chǎn)生很大的過電壓，對(duì)電機(jī)的絕緣系統(tǒng)存在產(chǎn)生很大威脅。因此，目前采用圖I的布置方式下主動(dòng)整流變流器的電機(jī)側(cè)一定需要增加du/dt濾波器。對(duì)于du/dt濾波器的選型存在兩個(gè)互相制約的因素濾波器的體積和濾波器的效果，由于受到風(fēng)機(jī)塔筒空間限制，濾波器的體積不能過大，也就是目前麗級(jí)機(jī)組發(fā)電機(jī)千安級(jí)的額定電流情況下的電抗值上限取值明顯受到限制，這樣濾波器對(duì)du/dt電壓的濾波效果也就會(huì)受到影響，很可能無法滿足發(fā)電機(jī)絕緣要求。從本質(zhì)上產(chǎn)生du/dt電壓有三個(gè)必要條件具有較高du/dt值的PMW波、一定長度的電纜和電機(jī)端的阻抗失配。采用主動(dòng)整流方案必然會(huì)有PWM波，且電機(jī)阻抗和電纜特征阻抗之間的失配也是必然的。最后，由于采用圖I所示的布置方式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括塔頂部分6、塔筒部分5和塔底部分7，塔頂部分6有發(fā)電機(jī)開關(guān)柜3和發(fā)電機(jī)I相連，開關(guān)柜3和變流器4之間通過主電纜2連接，塔底部分設(shè)有變流器4和并網(wǎng)箱變8連接，發(fā)電機(jī)I發(fā)出的電能通過低壓交流方式(線電壓通常為690V左右)，因此麗級(jí)機(jī)組發(fā)電機(jī)I輸出相電流會(huì)達(dá)到幾百甚至上千安培，這樣對(duì)于就需要用多根大電纜才能實(shí)現(xiàn)電能的傳輸。譬如，對(duì)于I. 5MW的直驅(qū)風(fēng)冷變流器，采用雙三相結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，滿載時(shí)電機(jī)的額定相電流達(dá)到700A左右，采用12根185mm2 (每相兩根并聯(lián))的電纜，對(duì)于近80m的套筒高度，僅電纜一項(xiàng)成本就需要約19萬元(以200-250元/米計(jì)算)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器分布式布置結(jié)構(gòu)，在無需專門的du/dt濾波器情況下，避免發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)du/dt引起的過電壓問題，同時(shí)減少塔筒內(nèi)電纜的用量，節(jié)約電纜成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器分布式布置結(jié)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括塔頂部分、塔筒部分和塔底部分，塔頂部分設(shè)有相互連接的發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)開關(guān)柜，塔底部分設(shè)有并網(wǎng)箱變；所述塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)還包括有設(shè)置在所述塔頂部分的塔頂變流柜且通過開關(guān)柜連接在所述發(fā)電機(jī)上，以及設(shè)置在塔底部分的塔底變流柜連接至所述并網(wǎng)箱變，該塔頂變流柜和塔底變流柜通過主電纜或母排連接。進(jìn)一步，所述塔頂變流柜到發(fā)電機(jī)開關(guān)柜之間主電纜長度至多10m。
進(jìn)一步，所述主電纜或母排設(shè)有正負(fù)兩相，采用電纜時(shí)，每相采用多根并聯(lián)。本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)
I.本發(fā)明的布置裝置，避免發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)du/dt引起的過電壓，而無需專門的du/dt濾波器。本發(fā)明改變了整流柜和發(fā)電機(jī)之間電纜的長度來消除du/dt過電壓，發(fā)電機(jī)到整流橋的電纜可以控制在IOm以內(nèi)，不需du/dt濾波器，就能避免發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)du/dt引起的過電壓。2.本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)，減少了塔筒內(nèi)電纜的用量，節(jié)約資源，降低成本。


圖I為現(xiàn)有的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)主電路的布置方式；
圖2為被動(dòng)整流變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意 圖3為主動(dòng)整流變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明由于采用PWM整流的機(jī)側(cè)拓?fù)鋵?duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速范圍適應(yīng)性寬，且不需要機(jī)側(cè)功率補(bǔ)償電容，因此，本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)中機(jī)側(cè)部分仍采用PWM整流結(jié)構(gòu)。如圖4所示，為本發(fā)明用于發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器布置，其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括塔頂部分6、塔筒部分5塔底部分7，塔頂部分6設(shè)有相互連接的發(fā)電機(jī)I和開關(guān)柜3，塔底部分7設(shè)有并網(wǎng)箱變8 ;塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)還包括有設(shè)置在塔頂部分6的塔頂變流柜41且通過發(fā)電機(jī)開關(guān)柜3連接在發(fā)電機(jī)I上，以及設(shè)置在塔底部分7的塔底變流柜42，連接至并網(wǎng)箱變8上，該塔頂變流柜41和塔底變流柜42通過主電纜或母排2連接。塔頂變流柜到發(fā)電機(jī)開關(guān)柜之間主電纜長度2至多10m。主電纜或母排2設(shè)有正負(fù)兩相，采用電纜時(shí)每相可多根并聯(lián)。以1.5MW的直驅(qū)風(fēng)冷變流器，變流器采用620V或690V電壓并網(wǎng)，直流母線電壓在1100V左右，因此采用圖4所示的布置方式時(shí)，直流母線電流約為1400A，只需6根185mm2 (每相三根并聯(lián))的電纜，這樣對(duì)于80米的塔筒高度，相對(duì)與圖I所示的布置方式僅電纜一項(xiàng)可節(jié)約近9. 5萬成本。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器分布式布置結(jié)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括塔頂部分、塔筒部分和塔底部分，塔頂部分設(shè)有相互連接的發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)開關(guān)柜，塔底部分設(shè)有并網(wǎng)箱變；其特征在于，所述塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)還包括有設(shè)置在所述塔頂部分的塔頂變流柜且通過開關(guān)柜連接在所述發(fā)電機(jī)上，以及設(shè)置在塔底部分的塔底變流柜連接至所述并網(wǎng)箱變，該塔頂變流柜和塔底變流柜通過主電纜或母排連接。
2.如權(quán)利要求I所述的塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述塔頂變流柜到發(fā)電機(jī)開關(guān)柜之間主電纜的長度至多10m。
3.如權(quán)利要求I所述的塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主電纜或母排設(shè)有正負(fù)兩相，采用電纜時(shí)，每相采用多根并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的塔內(nèi)變流器分布式布置結(jié)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括塔頂部分、塔筒部分和塔底部分，塔頂部分設(shè)有相互連接的發(fā)電機(jī)和開關(guān)柜，塔底部分設(shè)有并網(wǎng)箱變；所述塔內(nèi)變流器布置結(jié)構(gòu)還包括有設(shè)置在所述塔頂部分的塔頂變流柜且通過開關(guān)柜連接在所述發(fā)電機(jī)上，以及設(shè)置在塔底部分的塔底變流柜連接至所述并網(wǎng)箱變，該塔頂變流柜和塔底變流柜通過主電纜或母排連接。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102916417SQ20121040370
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者顧偉峰 申請(qǐng)人:北京天誠同創(chuàng)電氣有限公司