專(zhuān)利名稱(chēng)：雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制技術(shù)，確切的說(shuō)是涉及一 種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，全球的電能消耗與日劇增，而現(xiàn)在的電能主要還是火力發(fā)電，是以犧牲傳統(tǒng) 能源(如煤炭、石油)換取電能的，而隨著傳統(tǒng)能源的不斷減少，新能源的出現(xiàn)是大勢(shì)所趨。 風(fēng)能，作為一種綠色能源，日益受到專(zhuān)家學(xué)者的重視。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也逐漸成為科研 人員研究的熱點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程就是風(fēng)能經(jīng)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，其中風(fēng)力發(fā)電 機(jī)負(fù)責(zé)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，但風(fēng)力發(fā)電 機(jī)發(fā)出的電能的好壞取決于對(duì)其控制的風(fēng)機(jī)變頻 器，因此，研制適用于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性的風(fēng)機(jī)變頻器系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究重 點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品是1. 5MW的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但與其配套的1. 5MW的雙饋 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器卻一直是難以解決的難題，這一部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，直接影響 著整個(gè)系統(tǒng)的性能、效率和電能質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器一股由兩個(gè) 背靠背的交-直-交變換器及其控制系統(tǒng)組成。在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，與電網(wǎng)連接的第一變換器接收電網(wǎng)電能經(jīng)過(guò)交_直轉(zhuǎn)換向母線(xiàn)系統(tǒng)傳輸電能，通過(guò) 與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接的第二變換器，向風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁電流。這時(shí)變頻器作為 電網(wǎng)負(fù)載將會(huì)受到電網(wǎng)輸出電壓中有害信號(hào)的干擾，同時(shí)，變頻器工作過(guò)程中產(chǎn)生的各種 干擾信號(hào)(主要包括高次諧波等)也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成干擾。當(dāng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同 步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接的第二變換器接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能，經(jīng)過(guò)交-直 轉(zhuǎn)換向母線(xiàn)系統(tǒng)傳輸電能，通過(guò)與電網(wǎng)連接的第一變換器向電網(wǎng)提供交流電能。這時(shí)變頻 器向電網(wǎng)提供電能，發(fā)電機(jī)輸出電壓中的干擾信號(hào)及變頻器本身產(chǎn)生的各種干擾信號(hào)都會(huì) 對(duì)電網(wǎng)造成干擾。在上述兩種情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器都會(huì)與電網(wǎng)之間產(chǎn)生相互干擾，這 種干擾會(huì)對(duì)變頻器的工作產(chǎn)生不利影響，甚至造成變頻器故障或損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器與電網(wǎng)之間 相互干擾的問(wèn)題，提供一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，可以降低變頻器與電網(wǎng)之 間的相互干擾。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系 統(tǒng)，包括第一變換器，通過(guò)主變壓器與電網(wǎng)連接；用于接收電網(wǎng)電能經(jīng)過(guò)交-直轉(zhuǎn)換向母 線(xiàn)系統(tǒng)傳輸電能；或，接收母線(xiàn)系統(tǒng)傳輸?shù)碾娔芙?jīng)過(guò)直-交轉(zhuǎn)換向電網(wǎng)輸出電能；第二變換器，通過(guò)母線(xiàn)系統(tǒng)連接第一變換器；用于接收母線(xiàn)系統(tǒng)上傳輸?shù)碾娔芙?jīng) 過(guò)直-交轉(zhuǎn)換向發(fā)電機(jī)提供交流勵(lì)磁電流；或，接收發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)過(guò)交-直轉(zhuǎn)換向母 線(xiàn)系統(tǒng)傳輸電能；
控制單元，分別與第一變換器和第二變換器連接，用于處理檢測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行內(nèi)部 程序，對(duì)第一變換器和第二變換器進(jìn)行控制；其特征在于，所述第一變換器和主變壓器之間連接有LCL濾波器；所述LCL濾波器 由6只電感線(xiàn)圈和3只電容器構(gòu)成，每一相線(xiàn)上串聯(lián)2只電感線(xiàn)圈，3只電容器一端分別連 接在每一相線(xiàn)上串聯(lián)的2只電感線(xiàn)圈之間，另一端連接在一起。具體的，所述電容器為無(wú)極性電容器。 更具體的，所述電容器為聚酯薄膜電容器。進(jìn)一步的，所述主變壓器與LCL濾波器之間連接有無(wú)功補(bǔ)償電路。具體的，所述無(wú)功補(bǔ)償電路包括3組電容器，每組3只電容器接成三角形，3個(gè)三角 形的頂點(diǎn)分別連接在三根相線(xiàn)上。進(jìn)一步的，三根相線(xiàn)分別通過(guò)電阻器與三角形的頂點(diǎn)連接。更進(jìn)一步的，所述三角形的頂點(diǎn)通過(guò)電阻器和電容器的并聯(lián)電路接地。本發(fā)明的有益效果是，能夠降低變頻器輸出的干擾信號(hào)對(duì)電網(wǎng)的影響，也能夠減 弱電網(wǎng)電壓中有害信號(hào)對(duì)變頻器的影響，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明特別適用于 大容量變頻器系統(tǒng)，能夠在同等功率輸出的情況下，減小變頻系統(tǒng)的容量，從而減少系統(tǒng)的 成本和維護(hù)費(fèi)用，滿(mǎn)足風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性、高效率的要求。


圖1是實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是LCL濾波器結(jié)構(gòu)及無(wú)功補(bǔ)償電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1_主變壓器；2-輔助變壓器；3-LCL濾波器；4_無(wú)功補(bǔ)償電路；5_第一變換 器；6-直流支撐電容和母排；7-第二變換器；8-輸出電抗器；9-主控制單元；10-1. 5麗雙 饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)；11-電壓電流傳感器。LCL 濾波器包括電感線(xiàn)圈 1^31、1^32、1^33、1^34、1^35、1^36和電容器031、032、〇33。無(wú)功補(bǔ)償電路包括電容器C10、C11、C12，C13、C14、C15，C16、C17、C18 ；C21、C22， C23 和電阻器 R11、R12、R13，R21、R22、R23。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的變頻控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)交流到直流(簡(jiǎn)稱(chēng)為交_直轉(zhuǎn)換)，直流到交流 (簡(jiǎn)稱(chēng)為直-交轉(zhuǎn)換)的雙向變頻轉(zhuǎn)換，如圖1中的雙向箭頭所示。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率 一定的情況下，可以減小約2/3的變頻器容量，從而減少系統(tǒng)的成本和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)對(duì)風(fēng) 力發(fā)電機(jī)安裝空間和體積也減小了很多，方便安裝和使用。LCL濾波器的接入，減小了輸出 電流的諧波含量以及對(duì)電網(wǎng)的污染和沖擊，更能夠滿(mǎn)足并網(wǎng)要求。實(shí)施例參見(jiàn)圖1和圖2。電網(wǎng)的IOKV三相交流電，通過(guò)主變壓器1接入本例的1. 5麗雙 饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)。圖ι中，主變壓器1將IOKV三相交流電轉(zhuǎn)換成690V三 相交流電(即圖2中的U、V、W三相交流電)。參見(jiàn)圖1，在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)10處于亞同步運(yùn)行時(shí)，690V三相交流電通過(guò)LCL濾波器3進(jìn)入第一變換器5 (此時(shí)為網(wǎng)側(cè)整流器)，將690V三相交流電轉(zhuǎn)換成1IOOV直流 電，1100V直流電通過(guò)直流支撐電容和母排6 (統(tǒng)稱(chēng)為母線(xiàn)系統(tǒng))的穩(wěn)壓作用，進(jìn)入第二變換 器7(此時(shí)為機(jī)側(cè)逆變器)，將1100V直流電轉(zhuǎn)換為電壓、電流、頻率可調(diào)的三相交流電，通過(guò) 輸出電抗器8給雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁。為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出 的電壓頻率與電網(wǎng)頻率一致，需要變頻控制系統(tǒng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供正相序勵(lì)磁，給轉(zhuǎn) 子繞組輸入一個(gè)其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)方向相同的勵(lì)磁電流，此時(shí)，轉(zhuǎn)子的制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)方向相反，轉(zhuǎn)子的電流必須與轉(zhuǎn)子的感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)反方向，風(fēng)力發(fā) 電機(jī)定子向電網(wǎng)饋送電能(圖1中的單向箭頭所示)，本例變頻控制系統(tǒng)作為電網(wǎng)負(fù)載接收 電網(wǎng)能量向轉(zhuǎn)子繞組輸入電能(交流勵(lì)磁電流)。在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)10處于超同步運(yùn)行時(shí)，為了保證發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓頻率與電網(wǎng)頻率一致，需要給轉(zhuǎn)子繞組輸入一個(gè)其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)方向相反的勵(lì) 磁電流，此時(shí)本發(fā)明的變頻控制系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供負(fù)相序勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子繞組輸出電能。變 頻器系統(tǒng)從轉(zhuǎn)子繞組接收電能，通過(guò)輸出電抗器8、進(jìn)入第二變換器7 (此時(shí)為機(jī)側(cè)整流器) 將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，通過(guò)母線(xiàn)系統(tǒng)6進(jìn)入第一變換器5 (此時(shí)為網(wǎng)側(cè) 逆變器)，其工作在饋網(wǎng)狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換成690V三相交流電，通過(guò)LCL濾波器3和主變 壓器1將轉(zhuǎn)子輸出的能量饋送給電網(wǎng)，同時(shí)，雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)10的定子側(cè)輸出的690V 的三相交流電也通過(guò)主變壓器1將能量輸送給電網(wǎng)。圖1中，主變壓器1輸出的690V交流電還有一條支路通過(guò)輔助變壓器2，轉(zhuǎn)換成 380V/220V市電，為控制單元9提供電源。本例控制單元9分別與第一變換器和第二變換器 連接，通過(guò)電壓電流傳感器11，溫度檢測(cè)模塊(圖1中未示出)等，檢測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并根 據(jù)內(nèi)部程序進(jìn)行處理后對(duì)對(duì)第一變換器和第二變換器進(jìn)行控制?？刂茊卧?包括FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)模塊、DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)模塊、 CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)及相應(yīng)的控制算法、故障保護(hù)和處理，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊等內(nèi)部程 序，其屬于本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不在此贅述。本例的LCL濾波器結(jié)構(gòu)如圖2所示，由6只電感線(xiàn)圈，圖中標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)31、L32、L33、 L34、L35、L36和3只電容器，圖中標(biāo)號(hào)為C31、C32、C33構(gòu)成。每一相線(xiàn)上串聯(lián)2只電感線(xiàn) 圈，圖2中，U相線(xiàn)串聯(lián)L31、L32兩只電感線(xiàn)圈，V相線(xiàn)串聯(lián)L33、L34兩只電感線(xiàn)圈，W相線(xiàn) 串聯(lián)L35、L36兩只電感線(xiàn)圈。電容器C31、C32、C33的一端分別連接在電感線(xiàn)圈L31、L32 之間、L33、L34之間和L35、L36之間，3只電容器另一端連接在一起。本例中電感線(xiàn)圈L31、 L32、L33、L34、L35、L36結(jié)構(gòu)、參數(shù)相同，電容器C31、C32、C33結(jié)構(gòu)、參數(shù)相同。圖2中還示 出了連接在主變壓器1與LCL濾波器3之間的無(wú)功補(bǔ)償電路，其組成包括電容器C10、C11、 C12, C13、C14、C15，C16、C17、C18 ；C21、C22，C23 和電阻器 R11、R12、R13，R21、R22、R23。電 容器 C10、C11、C12 為一組，C13、C14、C15 為一組，C16、C17、C183 為一，組共 3 組。每組 3 只 電容器接成三角形，3個(gè)三角形的頂點(diǎn)分別通過(guò)電阻R11、R12、R13連接在三根相線(xiàn)上，用于 補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率參數(shù)。圖2中的阻容并聯(lián)電路(圖2中的電阻器R21與電容器C21、電 阻器R22與電容器C22和電阻器R23與C23) —端連接在3個(gè)三角形頂點(diǎn)上，另一端接地。 主要作用是過(guò)濾電網(wǎng)和變頻器運(yùn)行中產(chǎn)生的高次諧波，可以提高系統(tǒng)的可靠性。
權(quán)利要求
雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，包括第一變換器，通過(guò)主變壓器與電網(wǎng)連接；用于接收電網(wǎng)電能經(jīng)過(guò)交-直轉(zhuǎn)換向母線(xiàn)系統(tǒng)傳輸電能；或，接收母線(xiàn)系統(tǒng)傳輸?shù)碾娔芙?jīng)過(guò)直-交轉(zhuǎn)換向電網(wǎng)輸出電能；第二變換器，通過(guò)母線(xiàn)系統(tǒng)連接第一變換器；用于接收母線(xiàn)系統(tǒng)上傳輸?shù)碾娔芙?jīng)過(guò)直-交轉(zhuǎn)換向發(fā)電機(jī)提供交流勵(lì)磁電流；或，接收發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)過(guò)交-直轉(zhuǎn)換向母線(xiàn)系統(tǒng)傳輸電能；控制單元，分別與第一變換器和第二變換器連接，用于處理檢測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行內(nèi)部程序，對(duì)第一變換器和第二變換器進(jìn)行控制；其特征在于，所述第一變換器和主變壓器之間連接有LCL濾波器；所述LCL濾波器由6只電感線(xiàn)圈和3只電容器構(gòu)成，每一相線(xiàn)上串聯(lián)2只電感線(xiàn)圈，3只電容器一端分別連接在每一相線(xiàn)上串聯(lián)的2只電感線(xiàn)圈之間，另一端連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電容 器為無(wú)極性電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電容 器為聚酯薄膜電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 主變壓器與LCL濾波器之間連接有無(wú)功補(bǔ)償電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)功 補(bǔ)償電路包括3組電容器，每組3只電容器接成三角形，3個(gè)三角形的頂點(diǎn)分別連接在三根 相線(xiàn)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，其特征在于，三根相線(xiàn) 分別通過(guò)電阻器與所述三角形的頂點(diǎn)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三角 形的頂點(diǎn)通過(guò)電阻器和電容器的并聯(lián)電路接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器與電網(wǎng)之間相互干擾的問(wèn)題，公開(kāi)了一種雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案包括第一變換器，通過(guò)主變壓器與電網(wǎng)連接；第二變換器，通過(guò)母線(xiàn)系統(tǒng)連接第一變換器；控制單元，分別與第一變換器和第二變換器連接，用于處理檢測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行內(nèi)部程序，對(duì)第一變換器和第二變換器進(jìn)行控制；所述第一變換器和主變壓器之間連接有LCL濾波器；所述LCL濾波器由6只電感線(xiàn)圈和3只電容器構(gòu)成，每一相線(xiàn)上串聯(lián)2只電感線(xiàn)圈，3只電容器一端分別連接在每一相線(xiàn)上串聯(lián)的2只電感線(xiàn)圈之間，另一端連接在一起。本發(fā)明主要用于雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101847877SQ201010190339
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者崔銷(xiāo)義, 張新忠 申請(qǐng)人:四川吉風(fēng)電源科技有限公司