一種雙饋發電機組交、直流併網系統的製作方法
2023-12-04 15:53:11
一種雙饋發電機組交、直流併網系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙饋發電機組交、直流併網系統，包括測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、發電機側變流器、電網側整流器、能源轉換模塊、交流電網；由於雙饋發電機組在超同步運行時其定子輸出的有功功率基本恆定，進而雙饋風力發電機定子側可以在較為寬廣的轉速範圍內輸出基本恆定的有功功率。本實用新型可以降低轉速波動時雙饋異步發電機組輸出功率對電網的影響，甚至可以使雙饋異步發電機組作為電網的基本電源，提高電網運行的穩定性；而轉子輸出的功率則轉化為其他形式儲存或消耗掉。本系統技術手段簡便易行、成本低廉、易於實現，具有突出的技術效果，可廣泛應用於風力、水力或者火力發電場等。
【專利說明】—種雙饋發電機組交、直流併網系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風力、水力或者火力發電【技術領域】，尤其涉及一種雙饋發電機組交、直流併網系統。
【背景技術】
[0002]雙饋式異步發電機向電網輸出的功率由兩部分組成，即直接從定子輸出的功率和轉子經變頻器輸出的功率。
[0003]例如風力機的機械速度是允許隨著風速而變化的。通過對發電機的控制使風力機運行在最佳葉尖速比，從而使整個運行速度的範圍內均有最佳功率係數。當發電機的轉速低於氣隙旋轉磁場的轉速時，發電機處於亞同步速運行，為了保證發電機發出的頻率與電網頻率一致，需要變頻器向發電機轉子提供正相序勵磁，給轉子繞組輸入一個其旋轉磁場方向與轉子機械方向相同的勵磁電流，此時，轉子的制動轉矩與轉子的機械轉向相反，轉子的電流必須與轉子的感應反電動勢反方向，轉差率減小，定子向電網饋送電功率，而變頻器向轉子繞組輸入功率；當發電機的轉速高於氣隙旋轉磁場的轉速時，發電機處於超同步速運行，為了保證發電機發出的頻率與電網頻率一致，需要給轉子繞組輸入一個其旋轉磁場方向與轉子機械方向相反的勵磁電流，此時變頻器向發電機轉子提供負相序勵磁，以加大轉差率，變頻器從轉子繞組吸收功率；當發電機的轉速等於氣隙旋轉磁場的轉速時，發電機處於同步速運行，變頻器應向轉子提供直流勵磁，此時，轉子的制動轉矩與轉子的機械轉向相反，與轉子感生電流產生的轉矩同方向，定子和轉子都向電網饋送電功率。風力發電的棄風是由於當地電網接納能力不足和風電不穩定等自身特點導致的部分風電場風機暫停，棄風限電問題導致的風電場運行經濟性下降，棄風限電的主要原因是併網難題，風電出力不穩定，需要其他電源為其提供無償調峰服務，需建設抽水蓄能、燃氣發電等調峰、調頻電源，在調峰容量緊缺時，棄風限電特別嚴重，優化規劃電源結構和電網布局，擴大風電消納市場，還需要通過科技創新，推動風電生產和消費的協調。
[0004]與風力發電相似，水力發電中的水輪機也可以根據所在工況下的工作水頭、流量等參數通過雙饋異步發電機實現變速運行以提高水輪機的運行效率，改善運行狀況。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在於降低風速波動或水輪機工作水頭及流量變化時雙饋異步發電機組輸出功率對電網的影響，提供一種雙饋發電機組交、直流併網系統；將定子繞組輸出的較穩定的功率直接併入交流電網，可使雙饋異步發電機組作為電網的基本電源，提高電網運行的穩定性；而轉子輸出的功率則轉化為其他形式的能源儲存或消耗掉。
[0006]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0007]—種雙饋發電機組交、直流併網系統，包括測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、發電機側變流器、直流母線、能源轉換模塊、電網側整流器、交流母線、升壓變壓器、交流電網；
[0008]所述測量控制模塊依次連接原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、交流母線、升壓變壓器、交流電網；
[0009]所述發電機側變流器依次連接直流母線、電網側整流器；
[0010]所述能源轉換模塊還與直流母線連接；
[0011 ] 所述發電機側變流器還與雙饋異步發電機連接，所述電網側整流器還與交流母線連接。
[0012]發電機側變流器連接雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；所述交流母線連接雙饋異步發電機的定子繞組。
[0013]所述原動機包括風力發電機、水力發電機或者火力發電機。
[0014]上述雙饋發電機組交、直流併網系統的運行方法如下，
[0015]一:測量控制模塊，測量雙饋異步發電機的轉速，並根據雙饋異步發電機的轉速，確定雙饋異步發電機的運行狀態；
[0016]二:測量控制模塊用於控制發電機側變流器的頻率、幅值與相位參數，實現雙饋異步發電機的有功、無功解耦控制；
[0017]三:原動機及其傳動與增速模塊，將動能、勢能轉換為機械能，並通過傳動與增速模塊提高雙饋異步發電機的轉速，或不經增速直接驅動雙饋異步發電機；
[0018]四:雙饋異步發電機將機械能轉換為電能,雙饋異步發電機的定子線圈輸出的交流電能，直接送到交流電網；
[0019]五:當雙饋異步發電機運行於超同步狀態時，將雙饋異步發電機的轉子繞組輸出的交流電經發電機側變流器整流為直流輸出到直流母線，供給能源轉換模塊，將電能轉換為熱能或氫氣能；
[0020]六:當雙饋異步發電機運行於同步狀態時，電網側整流器將電網交流電整流為直流輸出到直流母線，發電機側變流器將直流母線的直流電壓輸出到雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；
[0021]七:當雙饋異步發電機運行於亞同步狀態時，電網側整流器將電網交流電整流為直流輸出到直流母線，發電機側變流器將直流母線的直流電壓轉換為低頻交流輸出到雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；
[0022]八:電網側整流器將交流電網輸入的交流電轉換為直流電輸出直流母線，為同步及亞同步狀態的雙饋異步發電機提供勵磁，並穩定直流母線電壓；
[0023]九:直流母線為發電機側變流器、電網側整流器及能源轉換模塊提供能量流動通道;
[0024]十:能源轉換模塊將發電機側變流器及電網側整流器輸出的電能轉化為熱能、氫氣能儲存或消耗。
[0025]雙饋發電機組交、直流併網系統的應用:
[0026]當應用於無刷雙饋發電機時，雙饋異步發電機的定子線圈對應於無刷雙饋發電機的功率繞組，雙饋異步發電機的轉子線圈對應於無刷雙饋發電機的控制繞組；或者，
[0027]當應用於風力、水力或者火力發電場中的多臺雙饋異步發電機並聯運行時，每臺雙饋異步發電機各配一臺發電機側變流器、測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊，雙饋發電機定子繞組連接公共的交流母線、發電機側變流器連接公共的直流母線，電網側整流器、能源轉換模塊及升壓變壓器可共用。
[0028]本實用新型相對於現有技術，具有如下的優點及效果:
[0029]本實用新型根據雙饋異步發電機的運行狀態，將發動機定子線圈輸出較穩定的有功功率併入交流電網，而將發電機功率波動較大的轉子線圈輸出功率送到水電解槽或供熱等能源轉換模塊，將其轉化為其他形式的能源儲存或消耗掉，如用於風力發電場時，可降低風速波動時風力發電機組定子輸出功率對電網的影響，甚至可以使雙饋風力發電機組作為電網的基本電源，提高電網運行的穩定性；而應用於水力發電時可提高水輪機的能源轉換效率，改善水輪機的運行工況
[0030]本實用新型技術手段簡便易行、成本低廉、易於實現，具有突出的技術效果。
[0031]本實用新型可廣泛應用於風力、水力或者火力發電場。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本實用新型結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步具體詳細描述。
[0034]實施例
[0035]如圖1所示。本實用新型雙饋發電機組交、直流併網系統，包括測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、發電機側變流器、直流母線、能源轉換模塊、電網側整流器、交流母線、升壓變壓器、交流電網；
[0036]所述測量控制模塊依次連接原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、交流母線；
[0037]所述發電機側變流器依次連接直流母線、電網側整流器；
[0038]所述能源轉換模塊還與直流母線連接；
[0039]所述發電機側變流器還與雙饋異步發電機連接，所述電網側整流器還與交流母線、直流母線連接。
[0040]發電機側變流器連接雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；所述交流母線連接雙饋異步發電機的定子繞組。
[0041]所述原動機包括風力發電機、水力發電機或者火力發電機。
[0042]上述雙饋發電機組交、直流併網系統的運行方法如下，
[0043]一:測量控制模塊，測量雙饋異步發電機的轉速，並根據雙饋異步發電機的轉速，確定雙饋異步發電機的運行狀態；當採用風力發電機時，雙饋異步發電機在額定轉速以下運行時，使風力發電機的風輪工作在最大風能追蹤狀態，當雙饋異步發電機運行於額定轉速以上時,輸出最大功率；
[0044]二:測量控制模塊用於控制發電機側變流器的頻率、幅值與相位等參數，實現雙饋異步發電機的有功、無功解耦控制；
[0045]三:原動機及其傳動與增速模塊，將動能、勢能轉換為機械能，並通過傳動與增速模塊提高雙饋異步發電機的轉速，或不經增速直接驅動雙饋異步發電機；
[0046]四:雙饋異步發電機將機械能轉換為電能,雙饋異步發電機的定子線圈輸出的交流電能，直接送到交流電網；
[0047]五:當雙饋異步發電機運行於超同步狀態時，將雙饋異步發電機的轉子繞組輸出的交流電經發電機側變流器整流為直流輸出到直流母線，供給能源轉換模塊，將電能轉換為熱能或氫氣能等其他形式的能源；
[0048]六:當雙饋異步發電機運行於同步狀態時，電網側整流器將電網交流電整流為直流輸出到直流母線，發電機側變流器將直流母線的直流電輸出到雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；
[0049]七:當雙饋異步發電機運行於亞同步狀態時，電網側整流器將電網交流電整流為直流輸出到直流母線，發電機側變流器將直流母線的直流電轉換為低頻交流電輸出到雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；
[0050]八:電網側整流器將交流電網輸入的交流電轉換為直流電輸出到直流母線，為同步及亞同步狀態的雙饋異步發電機轉子線圈提供勵磁，並穩定直流母線電壓，也可在電網負荷較低時從電網吸收功率輸出到能源轉換模塊，填充電網電谷負荷；
[0051]九:直流母線為發電機側變流器、電網側整流器及能源轉換模塊提供能量流動通道;
[0052]十:能源轉換模塊將發電機側變流器及電網側整流器輸出的電能通過電阻、水電解槽等轉化為熱能、氫氣能等其他形式的能源儲存或消耗。
[0053]雙饋發電機組交、直流併網系統的應用如下:
[0054]當應用於無刷雙饋發電機時，雙饋異步發電機的定子線圈對應於無刷雙饋發電機的功率繞組，雙饋異步發電機的轉子線圈對應於無刷雙饋發電機的控制繞組；或者，
[0055]當應用於風力、水力或者火力發電場中的多臺雙饋異步發電機並聯運行時，每臺雙饋異步發電機各配一臺發電機側變流器、測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊，雙饋發電機定子繞組連接公共的交流母線、發電機側變流器連接公共的直流母線，電網側整流器、能源轉換模塊及升壓變壓器可共用。
[0056]如上所述，便可較好地實現本實用新型。
[0057]本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種雙饋發電機組交、直流併網系統，其特徵在於: 包括測量控制模塊、原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、發電機側變流器、直流母線、能源轉換模塊、電網側整流器、交流母線、升壓變壓器、交流電網； 所述測量控制模塊依次連接原動機及其傳動與增速模塊、雙饋異步發電機、交流母線.所述發電機側變流器依次連接直流母線、電網側整流器； 所述能源轉換模塊還與直流母線連接； 所述發電機側變流器還與雙饋異步發電機連接，所述電網側整流器還與交流母線、直流母線連接。
2.根據權利要求1所述的雙饋發電機組交、直流併網系統，其特徵在於:發電機側變流器連接雙饋異步發電機的轉子勵磁繞組；所述交流母線連接雙饋異步發電機的定子繞組。
3.根據權利要求1所述的雙饋發電機組交、直流併網系統，其特徵在於:所述原動機包括風力發電機、水力發電機或者火力發電機。
【文檔編號】H02J3/38GK203942288SQ201420301670
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】謝寶忠 申請人:華南理工大學