風力發電電控系統的製作方法
2023-07-25 02:15:02
本實用新型總體說來涉及風電技術領域，更具體地講，涉及一種風力發電電控系統。
背景技術：
風力發電機組是將採集的風能轉換為電能的機組設備。目前，主流的風電生產廠商，針對風力發電機組中常見的主控、變流器、水冷、配電、箱變散熱的電控系統的設計，採用獨立子系統的設計模式，即五個子系統分別獨立進行櫃體設計，但是，這種設計使得在從器件和櫃體的利用上，有較大的冗餘設計，導致成本較高。
此外，在現有的採用整體櫃體設計的風力發電電控系統中，由於設計布局的不合理，導致風力發電電控系統的功率密度較低，另一方面，在現有的採用整體櫃體設計的風力發電電控系統中，介於每個組成部分工作的相關性，如果任何一部分發生故障，都會導致整個風力發電電控系統的正常工作，使得風力發電電控系統的可靠性較差。
技術實現要素：
本實用新型的示例性實施例在於提供一種風力發電電控系統，以解決現有的由於主控、變流器、水冷、配電、箱變散熱的電控系統分別獨立設計使得器件和櫃體有較大的冗餘設計以致成本較高的問題。
根據本實用新型的示例性實施例，提供一種風力發電電控系統，其特徵在於，所述風力發電電控系統包括：由第一電控子系統和第二電控子系統組成的櫃體，其中，所述第一電控子系統包括總控制櫃、前開關櫃、前輔助櫃和前功率櫃，所述第二電控子系統包括總控制櫃、後開關櫃、後輔助櫃和後功率櫃，其中，所述總控制櫃包括前後設置的前控制櫃和後控制櫃，其中，前開關櫃和後開關櫃、前輔助櫃和後輔助櫃以及前功率櫃和後功率櫃分別互為前後鏡像布置，其中，前控制櫃、後控制櫃、前開關櫃、後開關櫃、前輔助櫃、後輔助櫃、前功率櫃和後功率櫃通過銅排和/或電纜被電氣連接。
可選地，所述前開關櫃內從上至下依次設置有機側開關、機側濾波器和網側斷路器，且所述前開關櫃的外側頂部設置有接線系統，所述接線系統內的纜線與所述機側開關相連接，其中，所述機側濾波器與網側斷路器之間通過銅排被電氣連接。
可選地，所述前輔助櫃內從上至下依次設置有水風換熱單元、制動單元和濾波電容器。
可選地，所述前功率櫃內從上至下依次設置有水風換熱單元、整流逆變模塊和電抗器，其中，所述整流逆變模塊包括網側功率模塊和機側功率模塊。
可選地，所述前控制櫃內從上至下依次設置有控制單元和水冷系統，所述後控制櫃內從上至下依次設置有配電系統和水冷系統，其中，所述前控制櫃和所述後控制櫃內的水冷系統為聯通區域。
可選地，所述前輔助櫃和後輔助櫃中的水風換熱單元和所述前功率櫃和後功率櫃中的水風換熱單元與所述控制單元共同構成所述風力發電電控系統的環控系統。
可選地，所述水冷系統內設置有雙水泵，所述雙水泵分別與箱變進水口和箱變回水口相聯通，用於驅動所述箱變進水口和箱變回水口內的水體流動。
可選地，所述箱變進水口、所述箱變回水口與所述雙水泵集成在所述水冷系統中，共同構成所述風力發電電控系統的箱變散熱系統。
可選地，所述雙水泵與所述箱變進水口和箱變回水口的連接處還設置有三通閥。
可選地，所述前開關櫃、後開關櫃、後輔助櫃、後功率櫃、後控制櫃、前控制櫃、前功率櫃和前輔助櫃在所述櫃體內在所述櫃體的俯視方向按順時針或逆時針順序設置。
根據本實用新型示例性實施例的風力發電電控系統，能夠實現將主控、變流、水冷、配電和箱變散熱的電控系統一體化，減少因分立設計帶來的冗餘設計成本，此外，還實現了雙電控子系統設計，在其中一套電控子系統出現故障時，另一套電控子系統可以獨立運行，提高了風力發電電控系統運行的可靠性。
將在接下來的描述中部分闡述本實用新型總體構思另外的方面和/或優點，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以經過本實用新型總體構思的實施而得知。
附圖說明
通過下面結合示例性地示出實施例的附圖進行的描述，本發明示例性實施例的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中：
圖1示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的軸側視圖；
圖2示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的正視圖；
圖3示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的後視圖；
圖4示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的水冷系統的結構示意圖。
附圖標號說明：
100-櫃體、101-底託、102-並櫃件、1-前開關櫃、2-後開關櫃、3-後輔助櫃、4-後功率櫃、5-後控制櫃、6-前控制櫃、7-前功率櫃、8-前輔助櫃、11、11』-機側開關、12、12』-機側濾波器、13、13』-網側斷路器、14-接線系統、15-1、15-2、15-3、15-4-水風換熱單元、16、16』-網側功率模塊、17、17』-機側功率模塊、18、18』-電抗器、55、55』-制動電阻、19-控制單元、20-配電系統、21-水冷系統、22-雙水泵、23-箱變進水口、24-箱變回水口、25-三通閥、26-整流逆變模塊、27-制動單元、28-濾波電容器、29-變流進水口、30-變流回水口。
具體實施方式
現將詳細參照本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終指的是相同的部件。以下將通過參照附圖來說明所述實施例，以便解釋本實用新型。
圖1示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的軸側視圖。
如圖1所示，根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統包括：由第一電控子系統和第二電控子系統組成的櫃體100，作為示例，櫃體100可以為一個長方體櫃體，櫃體100的櫃底可使用底託101進行固定，櫃頂使用並櫃件102進行固定。
這裡，第一電控子系統或第二電控子系統可包括相應的功能櫃，具體說來，第一電控子系統包括總控制櫃50、前開關櫃1、前輔助櫃8和前功率櫃7，第二電控子系統包括總控制櫃50、後開關櫃2、後輔助櫃3和後功率櫃4，其中，總控制櫃50包括前後設置的前控制櫃6和後控制櫃5，前開關櫃1和後開關櫃2、前輔助櫃8和後輔助櫃3以及前功率櫃7和後功率櫃4分別互為前後鏡像布置。
這裡，根據各功能櫃間功能的銜接關係，優選地如圖1中所示，第一電控子系統從左至右依次可包括後控制櫃5、前控制櫃6、前功率櫃7、前輔助櫃8和前開關櫃1；第二電控子系統從左至右依次可包括前控制櫃6、後控制櫃5、後功率櫃4、後輔助櫃3、後開關櫃2。這裡，前控制櫃6、後控制櫃5、前開關櫃1、後開關櫃2、前輔助櫃8、後輔助櫃3、前功率櫃7和後功率櫃4通過銅排和/或電纜被電氣連接。這裡，應注意，如圖1中所示的各功能櫃之間可以是在所述櫃體100內在所述櫃體100的俯視方向按逆時針順序設置，但是本實用新型不限於此，也可以將上述各功能櫃在所述櫃體100內在所述櫃體100的俯視方向按順時針順序設置。
這裡，需要說明的是：前後鏡像布置指示上述鏡像布置的相應的功能櫃中所設置的器件型號相同且位置對稱放置。例如，當前開關櫃1和後開關櫃2互為前後鏡像布置時，前開關櫃1和後開關櫃2的內部結構相同且其所包括的器件的放置方式為對稱放置。通過這種鏡像設計，可以獲得以下效果：第一，由於功能櫃前後鏡像布置，可以保證整體櫃體的重心位於前功能櫃與後功能櫃中間，使得器件重心穩固，因此無論是在運輸過程或者現場運行過程中，都可以保持系統的穩定性；第二，在軟體設計中，由於相關功能櫃互為前後鏡像布置，內部設置的器件和器件所實現功能相同，因此軟體設計時只需設計一套軟體程序，被鏡像的功能櫃的軟體只需在軟體上做鏡像即可，無需花費多餘時間設計，從而節約了軟體設計的設計成本；第三，由於互為前後鏡像布置的功能櫃的規格相同，在由多個互為前後鏡像布置的功能櫃組成的整體櫃體中，可以將電氣連接的電纜或銅排做到長度規格相同，從而減少了物料的種類和不必要物料的浪費。
另一方面，由於本實用新型提出的風力發電電控系統中的前開關櫃1和後開關櫃2、前輔助櫃8和後輔助櫃3以及前功率櫃7和後功率櫃4分別互為鏡像布置，並且第一電控子系統和第二電控子系統共用同一總控制櫃50，因此，本實用新型示例性實施例提出的風力發電電控系統可以認為包括兩套功能相同、相互隔離且相互獨立的風力發電電控系統。例如，前開關櫃1、前輔助櫃8和前功率櫃7與前控制櫃6和後控制櫃5組成的第一電控子系統為一套完整的風力發電電控系統；後開關櫃2、後輔助櫃3和後功率櫃4與前開關櫃6和後開關櫃5組成的第二電控子系統為另一套完整的風力發電電控系統。
此外，作為示例，第一電控子系統或第二電控子系統的母線可設置於各功能櫃內部的後部，以保障各功能櫃的前部為弱電和操作部分，從而使得強弱隔離，互補幹擾，同時，這樣的母線設計還提高了安全性，降低了人員觸電風險。
通過上述描述可知，由於第一電控子系統和第二電控子系統之間相互隔離且完全獨立，因此，在其中任一電控子系統故障的情況下，可停止發生故障的電控子系統的運行，僅使未發生故障的電控子系統正常運行，使得風力發電電控系統可以進行單繞組運行，從而提高了系統運行的可靠性。
進一步地，以下將對上述各功能櫃的內部結構進行具體描述。
圖2示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的正視圖。
圖3示出根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統的後視圖。
參照圖2和圖3，在第一電控子系統中：
前開關櫃1內從上至下依次設置有機側開關11、機側濾波器12和網側斷路器13，前開關櫃1的外側頂部設置有接線系統14，且接線系統14內的電機纜線與機側開關11相連接，其中，機側濾波器12與網側斷路器13之間通過銅排被電氣連接。
前輔助櫃8內從上至下依次設置有水風換熱單元15、制動單元27和濾波電容器28。
前功率櫃7內從上至下依次設置有水風換熱單元15-1、整流逆變模塊26(圖2中未示出)和電抗器18，其中，整流逆變模塊26包括網側功率模塊16和機側功率模塊17。這裡，電抗器18用於對整流逆變模塊26(即，網測功率模塊16和機側功率模塊17)產生的電流進行阻抗匹配，而後通過前開關櫃1輸送至電網。這裡，電抗器18可以對應的設置多組(圖中為兩組)，且各組之間可按排列順序串聯連接。
此外，前功率櫃7的外側的頂部還包括：制動電阻55，其中，制動電阻55和制動單元27通過銅排被電氣連接後，共同構成風力發電機的制動系統。
前控制櫃6從上至下設置有控制單元19和水冷系統21，後控制櫃5內從上至下依次設置有配電系統20和水冷系統21，其中，前控制櫃6和後控制櫃5內的水冷系統21為聯通區域。
另一方面，由於本實用新型提出的風力發電電控系統中的部分功能櫃進行了鏡像式布局，因此，後開關櫃2、後輔助櫃3、後功率櫃4的內部結構分別與前開關櫃1、前輔助櫃8、前功率櫃7的內部結構相同且布置方式對稱，在此不再贅述。
下面，將在具體的應用場景中以前開關櫃1、前輔助櫃8、前功率櫃7、前控制櫃6和後控制櫃5構成的第一電控子系統為例來說明電能的流動。這裡，第一電控子系統中具體的電能迴路如下：接線系統14的電機電纜從前開關櫃1上方引入，將風力發電機電能資源傳出，電能資源經過機側開關11和機側濾波器12濾波後，經過電氣連接線(例如，銅排)進入前功率櫃7中，然後依次經由前功率櫃7中的機側功率模塊17變為直流電，再經由網側功率模塊16變為交流電，再經電抗器18進行阻抗匹配，最後經網側斷路器13輸入到電網中進行併網發電。由上述描述可知，通過將前功率櫃7中的機側功率模塊17和網側功率模塊16設置於同一櫃中的方式，不僅可以直接減少母線的長度，從而減少銅排的使用量，還提高了系統的穩定性，另一方面，也方便了維護時的故障查找和故障定位。
此外，第一電控子系統或第二電控子系統中各器件的配電可由後控制櫃5中設置的配電系統20來提供，而不是設置一個單獨的配電櫃，這樣的布置具有如下效果：第一，取消了單獨的配電櫃可直接節省櫃體成本以及包裝運輸成本，此外，還相應地節省了空間；第二，後控制櫃5中設置的配電系統20已對內部配電器件進行了整合，取消了一些重複的器件的使用，通過這種方式不僅對配電系統20進行了優化和精簡，還降低了器件使用的成本；第三，通過將配電系統20設置於櫃體100中，不僅可以節省配電系統20與其他系統的電纜連接成本，還避免了長距離的電纜連接造成的信號幹擾。
此外，由前述內容可知，前功率櫃7中設置有單獨的水風換熱單元15-2，前控制櫃1和前輔助櫃8共用水風換熱單元15-1，這裡，前輔助櫃8中的水風換熱單元15-1與前功率櫃7中的水風換熱單元15-2與控制單元19共同構成了第一電控子系統的獨立的環控系統，以對第一電控子系統中的相關功能櫃進行精確地環境控制。例如，水風換熱單元15-1或15-2可以將溫度、溼度等環境信號反饋給控制單元19，相應地，控制單元19控制水風換熱單元15-1或15-2進行工作，使得相關功能櫃中的器件處於最佳的工作狀態下，從而間接地提高了相關功能櫃中的器件的運行能力。
此外，結合圖2和圖3可知，第一電控子系統或第二電控子系統中都包括共用的水冷系統21，用於對第一電控子系統或第二電控子系統進行箱變散熱，下面將結合圖4來詳細描述水冷系統21的結構。
圖4示出根據本發明示例性實施例提供的風力發電電控系統的水冷系統21的結構示意圖。
具體說來，如圖4所示，水冷系統21內設置有雙水泵22，雙水泵22分別與箱變進水口23和箱變回水口24聯通，用於驅動箱變進水口23和箱變回水口24內的水體流動，雙水泵22與箱變進水口23和箱變回水口24的連接處還設置有三通閥25，用於控制風扇為回流的冷卻液進行降溫。此外，所述水冷系統21內還設置有變流進水口29和變流回水口30，用於對櫃體內的變流相關器件進行降溫。
根據上述水冷系統21的連接關係，可以在風力發電電控系統內實現一個較簡單的散熱系統。作為示例，箱變進水口23、箱變回水口24與雙水泵22集成在水冷系統21中，可以共同構成所述風力發電電控系統的箱變散熱系統。此外，變流進水口29和變流回水口30與雙水泵22集成在水冷系統21中，可以共同構成所述風力發電電控系統的變流散熱系統。
具體說來，水冷系統21的水冷散熱功能的具體實現方式為：箱變散熱部分通過管道分別連接到箱變進水口23和箱變回水口24，變流散熱部分通過管道分別連接到變流進水口29和變流回水口30，水冷系統21的冷卻液可從箱變進水口23經過管道箱變的熱量帶走，然後經過管道從箱變回水口24回到水冷系統21；此外，水冷系統21的冷卻液還可從變流進水口29經過管道將變流相關器件的熱量帶走，然後經過管道從變流回水口30回到水冷系統21。通過這樣的循環，可以通過水冷系統21對箱變和變流進行冷卻，達到散熱的目的。
由上述對水冷系統21的描述可知，本實用新型實施例提供的獨立的水冷系統21將現有技術中的箱變的水冷系統和變流的水冷系統進行了整合，取消了原有的箱變的水冷系統，箱變的散熱集成後的水冷系統來負責，從而達到了節省成本和減小佔地空間的效果。
此外，通過上述方式，可以將水冷系統中的雙水泵和三通閥等主要器件集成在一起，這樣不僅可以極大地縮短水冷器件和水泵本體之間的距離、減少水管的長度，還降低了漏水的風險。此外，由於水冷系統21採用雙水泵設計，可以使得在單水泵故障時，切斷故障的單水泵，進行降功率運行，對比現有技術中的單水泵的方案，雙水泵的設計降低了水冷系統對整個系統的影響，提高了系統工作的穩定性。
另一方面，第二電控子系統中各系統的設計布局與功能與第一電控子系統相同，在此不再贅述。
綜上所述，根據本實用新型示例性實施例提供的風力發電電控系統，可以實現如下效果：第一，能夠實現將主控、變流、水冷、配電和箱變散熱的電控系統一體化，減少因分立設計帶來的冗餘設計成本；第二，實現了雙電控子系統設計，在其中一套電控子系統出現故障時，另一套電控子系統可以獨立運行，提高了風力發電電控系統運行的可靠性；第三，整體櫃體與各功能櫃的匹配，使得風力發電電控系統的功率密度得到較大的提升。
最後應說明的是：以上各個實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。