風力發電用同步機無功補償方法及設備的製作方法
2024-02-10 00:04:15 1
專利名稱：風力發電用同步機無功補償方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電用同步機無功補償方法及設備，屬於風力發電機領域。
二背景技術：
現在風力發電的低壓無功補償是採用分組投切電容器方式實現的。這種方法基本上可以 實現無功補償功能，但不能平滑和精確的補償發電機無功需求，而且在大量運行中也暴露出 很多問題。
(1) 當電容器分組數較小時，則單組容量大會造成很大的補償死區及衝擊電流。當分 組數較大時，設備成本太高且故障率上升。
(2) 在風速變化較大時，電容器投切太頻繁，易造成發電機和變壓器衝擊疲勞損傷， 電容器和投切開關損壞。
(3) 在無功功率快速波動時，因設備測量誤差、控制器抗幹擾性能、電容器固有的充 放時間等原因經常會造成投切滯後、補償超差，經常導致補償設備過壓保護或風力發電機組 異常切出等故障。
三
發明內容
本發明的目的在於提供一種能平滑和精確的補償風力發電機組無功需求的無功補償設 備，降低無功補償設備自身的故障率，同時提高風電設備的運行可靠性，延長其使用壽命。
技術解決方案本發明補償方法無功控制驅動器採樣發電機輸出電流和發電機組輸出電 壓，實時計算出發電機組的無功功率；無功控制驅動器在線實測並記錄同步機勵磁曲線；根 據同步機勵磁曲線和發電機的實時無功功率計算出補償所需的同步機勵磁電流，控制勵磁驅 動單元輸出到目標勵磁電流，實時驅動同步機的運行狀態，平滑精確的補償發電機無功功率。 本發明設備同步機上的定子繞組與發電機組上的電源繞組並聯，勵磁繞組與同步機上的 滑環連接，同步機上的滑環與無功控制驅動器輸出端連接。 滑環採用高耐磨封閉式滑環。
本發明為提高風力發電機組無功補償設備的運行可靠性和補償性能，經過大量調研和實 驗，提出一種切實可行的新型無功功率方法，在補償設備成本基本相同的情況下，使用一臺 小功率同步機將同步機定子繞組與發電機的電源繞組並聯。因同步機在超前運行時可為系統提供容性功率，通過調節同歩機的實時勵磁電流可實現補償風力發電機組在發電狀態下因風 速變化導致無功功率的波動。無功控制驅動器通過實時採樣發電電源迴路的電量參數，快速 計算出發電機的無功需求，並結合無功控制驅動器在線實測得到的同步機勵磁曲線，精確計 算出補償所需的同歩機勵磁電流，經過雙模閉環控制算法，快速控制勵磁驅動單元輸出到所 需勵磁電流，實時控制同步機的超前運行狀態，平滑精確的補償發電機無功需求。由於運行 中同步機勵磁電流很小、且採用高耐磨封閉式滑環先進技術及一體化智能控制驅動器，顯著 提高了補償設備的性能，可降低補償設備故障率，降低風機設備故障率，增加風力發電機組 運行小時數，有很大的經濟效益。
四
圖1為本發明結構示意圖。
五具體實施例方式
同步機1上的定子繞組3側直接與發電機組2的電源繞組4並聯連接，勵磁繞組與同步 機1上的滑環5連接，無功控制驅動器6的輸出端與同步機1上的滑環5連接。無功控制驅 動器6通過採樣三相電流互感器的電流和直接採樣發電機組2的三相供電電源電壓既發電機 組2的輸出電壓，經過無功控制驅動器6內部DSP晶片實時計算發電機組2的無功功率；無 功控制驅動器6通過同步機1運轉過程中在線實測得到的同步機1勵磁曲線，根據同步機1 勵磁曲線和發電機組2的實時無功功率，DSP晶片精確的計算出補償所需的同步機1勵磁電 流，控制在無功控制驅動器6內的IBGT模塊組成的AC-DC變換器快速勵磁驅動單元輸出 勵磁電流，實時驅動同步機1的運行狀態，平滑精確補償發電機2的無功功率。啟動時當發 電機組2轉速接近同步機1轉速時，控制同步機1轉子側接滅磁迴路後，同步機1投入電源， 這時同步機1轉速上升致亞同步速運行。再經過很小的無功檢測穩定延時後，勵磁控制器投 入精確計算後的勵磁電流，使同步機l同步工作在設定的超前運行狀態。同步機l定子繞組 3提供與發電機組2需要的無功電流基本等值的容性電流。勵磁控制器採用先進的閉環算法 精確的動態跟蹤發電機組2無功需求並實時調節同步機1勵磁電流，平滑精確的補償發電機 無功功率。
權利要求
1、風力發電用同步機無功補償方法，其特徵在於無功控制驅動器採樣發電機輸出電流和發電機組輸出電壓，實時計算出發電機組的無功功率；無功控制驅動器在線實測並記錄同步機勵磁曲線；根據同步機勵磁曲線和發電機的實時無功功率計算出補償所需的同步機勵磁電流，控制勵磁驅動單元輸出到目標勵磁電流，實時驅動同步機的運行狀態，平滑精確的補償發電機無功功率。
2、 風力發電用同步機無功補償設備，包括同步機(1)，其特徵在於，同步機(1)上的 定子繞組(3)與發電機組(2)上的電源繞組(4)並聯，勵磁繞組與同步機(1)上的滑環(5)連接，同步機(1)上的滑環(5)與無功控制驅動器(6)輸出端連接。
3、 根據權利要求2所述的風力發電用同步機無功補償設備，其特徵在於，滑環(5)採 用高耐磨封閉式滑環。
全文摘要
本發明涉及一種風力發電用同步機無功補償方法及設備，屬於風力發電機領域。特點是無功控制驅動器採樣電流互感器輸出電流及發電機輸出電壓，計算出發電機的實時無功功率，無功控制驅動器在線實測同步機勵磁曲線，根據同步機勵磁曲線和發電機實時無功功率，計算出補償所需的同步機勵磁電流，控制勵磁驅動單元輸出到目標勵磁電流，改變同步機的運行狀態，使其平滑精確的補償發電機無功功率。由於補償運行中同步機勵磁電流很小、且採用高耐磨封閉式滑環先進技術及一體化智能控制驅動器，顯著提高了補償設備的性能，可降低補償設備故障率，降低風機整體設備故障率，增加風力發電機組運行小時數，有很大的經濟效益。
文檔編號H02P9/00GK101447759SQ200810182370
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者程建邦 申請人:包頭市匯全稀土實業(集團)有限公司