CN111884261A - 一种多工作模式双馈变流器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多工作模式双馈变流器电路，包括双馈变流器、双馈电机、并网开关及控制系统，所述控制系统中植入有多种软件控制模式，包括低速模式、中高速模式和超速制动模式，控制系统控制双馈变流器、双馈电机及并网开关工作，所述双馈变流器包括交流器网侧部分、交流器转子侧部分、交流器定子侧部分，所述双馈电机分为转子侧和定子侧，通过软件控制工作模式，使得系统可以运行在多种工作模式，解决双馈系统风速较小，电机转速较低情况下，无法并网发电问题，同时执行效率高，模式切换速度快，增加的辅助电路，在低速和中高速都能参与工作，同时风机在超速时候，还可以辅助增加制动转矩。

Description

一种多工作模式双馈变流器电路

技术领域

本发明涉及一种多工作模式双馈变流器电路。

背景技术

在大功率风力发电领域，主要有双馈方案和全功率方案。双馈方案使用双馈电机，双馈变流器，配置有高速齿轮箱。全功率方案，一般使用永磁发电机，全功率变流器，不用齿轮箱，或者采用中速齿轮箱。在陆地上，双馈方案应用更为广泛，双馈方案相比永磁全功率成本低。但是，双馈方案低速的时候比全功率方案效率低一些，而且，速度不能太低，有转速下限限制，这是双馈方案的主要缺点。主要原因是双馈电机的转子侧感应电压与转速运行范围有关，当转速大大偏离同步转速，转子侧感应电压就会随之增大。即与滑差s有关，

n1为电机的磁场同步转速，n为电机的实际机械转速，为了解决双馈风机低速运行范围问题，出现了双馈变流器的“双模运行方案”。该方案在双馈电机定子侧增加短接开关。双馈风机，一般当风机在950rpm-2030rpm范围运行的时候，并网开关闭合，短接开关断开，此时是正常双馈运行模式，软件算法为双馈电机模式。当风机在低速运行的时候，并网开关断开，短接开关闭合，此时双馈电机是异步发电机运行模式，软件算法为异步发电运行模式；同时全功率也有类似的方案，采用电励发电机磁替代永磁发电机。然而风机发电领域已有双馈风机双模系统及电路方案，低速异步发电模式效率低，需要电流容量很大的短路开关，其它模式时短路开关没有用处，因此需要开发出一种能适用于多种工作模式下使用的双馈变流器电路，来解决目前所遇到的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双馈变流器电路，通过软件控制工作模式，使得系统可以运行在多种工作模式，解决双馈系统风速较小，电机转速较低情况下，无法并网发电问题，同时执行效率高，模式切换速度快，增加的辅助电路，在低速和中高速都能参与工作，同时风机在超速时候，还可以辅助增加制动转矩，具有实用性和使用广泛性的多工作模式双馈变流器电路。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种多工作模式双馈变流器电路，包括双馈变流器、双馈电机、并网开关及控制系统，并网开关的一端与电网连接，所述控制系统中植入有多种软件控制模式，包括低速模式、中高速模式和超速制动模式，控制系统控制双馈变流器、双馈电机及并网开关工作，所述双馈变流器包括交流器网侧部分、交流器转子侧部分、交流器定子侧部分，所述双馈电机分为转子侧和定子侧，所述交流器定子侧部分的一端并联在交流器网侧部分、交流器转子侧部分之间，交流器定子侧部分的一端与双馈电机的定子侧连接。

优选的，在低速模式运行时，并网开关断开，软件控制模式电励磁发电机模式，变流器定子侧部分负责发电机功率变换，将能量馈送到直流侧，变流器网侧部分，负责将直流侧能量馈送到电网。

优选的，在中高速模式运行时，并网开关闭合，软件控制模式与传统的双馈发电一致，此时，变流器定子侧部分和变流器网侧并联工作。

优选的，如果没有配置电感，在中高速模式运行时，定子部分处于停止工作状体，不参与能量转换。

优选的，在超速制动模式运行时，由于风速突变导致电机转速超过最高限速，并网开关断开，变流器定子侧部分，由于不存在机械开关，可以快速投入，通过发电来提供部分制动转矩，软件控制模式是电励磁发电机模式，变流器定子侧部分负责发电机功率变换，将能量馈送到直流侧，变流器网侧部分，负责将直流侧能量馈送到电网。

本发明的有益效果时：通过改进双馈变流器电路结构，通过软件控制工作模式，使得双馈变流器和双馈发电机系统可以运行在多种工作模式，解决双馈系统风速较小，电机转速较低情况下，无法并网发电问题，同时执行效率高，模式切换速度快，增加的辅助电路，在低速和中高速都能参与工作，同时风机在超速时候，还可以辅助增加制动转矩，具有实用性和使用的广泛性。

附图说明

为了更楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明在低速模式下能量流动示意图；

图3为本发明在中高速模式下能量流动示意图；

图4为本发明的双馈风力发电系统传统方案电路示意图；

图5为本发明的双馈风力发电系统已有双模方案电路示意图；

图6为本发明的现有全功率电励磁电机和变流器系统电路示意图。

具体实施方式

参阅图1至图6所示的一种多工作模式双馈变流器电路，包括双馈变流器、双馈电机、并网开关及控制系统，并网开关的一端与电网连接，所述控制系统中植入有多种软件控制模式，包括低速模式、中高速模式和超速制动模式，控制系统控制双馈变流器、双馈电机及并网开关工作，所述双馈变流器包括交流器网侧部分、交流器转子侧部分、交流器定子侧部分，所述双馈电机分为转子侧和定子侧，所述交流器定子侧部分的一端并联在交流器网侧部分、交流器转子侧部分之间，交流器定子侧部分的一端与双馈电机的定子侧连接。

进一步，在低速模式运行时，例如转速0～1300rpm之间，并网开关断开，软件控制模式电励磁发电机模式，变流器转子部分仍然负责励磁，适应小风的功率，可以采用很小的励磁电流，从而获得较高的效率，变流器定子侧部分负责发电机功率变换，将能量馈送到直流侧，变流器网侧部分，负责将直流侧能量馈送到电网。在低速模式下，可以优化励磁电流，调整定子电压，获得最优效率。市场现有的双馈方案，异步发电模式无法获得最优效率，而且发出同样功率，定子电流较大，拉低效率，而且短接开关的容量和体积也比较大。

进一步，在中高速模式运行时，例如1300～2030rpm范围，并网开关闭合，软件控制模式与传统的双馈发电一致，此时，变流器定子侧部分和变流器网侧并联工作；以2.5MW双馈风力发电系统为例，如果变流器功率是2.5MW时候，转子侧部分是2.5MW双馈配置，网侧部分设计为2MW双馈配置，定子侧部分设计为0.5MW双馈配置。中高速的时候，2.0MW与0.5MW并联运行，共同实现2.5MW双馈发电；低速的时候，0.5MW与2.0MW串联运行，实现低速全功率发电。

进一步，如果没有配置电感，在中高速模式运行时，定子部分处于停止工作状体，不参与能量转换，此项是为了节省成本的情况下做出的考虑。

进一步，在超速制动模式运行时，例如，超出2050rpm的限制，由于风速突变导致电机转速超过最高限速，并网开关断开，变流器定子侧部分，由于不存在机械开关，可以快速投入，通过发电来提供部分制动转矩，软件控制模式为低速模式。

本发明的优点是：

1、通过增加一个定子侧部分，(即三相桥式逆变电路，其中电抗器为可选件)，按图4电路的接法，不同于现有双馈变流器仅有网侧和转子侧。

2、配合软件控制，使得系统可以运行在多种工作模式。其中，低速全功率运行模式，是其它现有方案没有的。相比现有的低速异步发电方案，具有效率高的优点。

3、新增加的定子侧部分，在中高速，可以和网侧部分并联运行，从而使得设计方案具有经济性。

4、新增加的定子侧部分，在超速停车过程中，可以给风机提供制动转矩，减少了机械刹车的使用，增加了风机系统的刹车系统安全裕量。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种多工作模式双馈变流器电路，包括双馈变流器、双馈电机、并网开关及控制系统，并网开关的一端与电网连接，其特征在于：所述控制系统中植入有多种软件控制模式，包括低速模式、中高速模式和超速制动模式，控制系统控制双馈变流器、双馈电机及并网开关工作，所述双馈变流器包括交流器网侧部分、交流器转子侧部分、交流器定子侧部分，所述双馈电机分为转子侧和定子侧，所述交流器定子侧部分的一端并联在交流器网侧部分、交流器转子侧部分之间，交流器定子侧部分的一端与双馈电机的定子侧连接。

2.根据权利要求1所述的一种多工作模式双馈变流器电路，其特征在于：在低速模式运行时，并网开关断开，软件控制模式电励磁发电机模式，变流器定子侧部分负责发电机功率变换，将能量馈送到直流侧，变流器网侧部分，负责将直流侧能量馈送到电网。

3.根据权利要求1所述的一种多工作模式双馈变流器电路，其特征在于：在中高速模式运行时，并网开关闭合，软件控制模式与传统的双馈发电一致，此时，变流器定子侧部分和变流器网侧并联工作。

4.根据权利要求3所述的一种多工作模式双馈变流器电路，其特征在于：如果没有配置电感，在中高速模式运行时，定子部分处于停止工作状体，不参与能量转换。

5.根据权利要求1所述的一种多工作模式双馈变流器电路，其特征在于：在超速制动模式运行时，由于风速突变导致电机转速超过最高限速，并网开关断开，变流器定子侧部分，由于不存在机械开关，可以快速投入，通过发电来提供部分制动转矩，软件控制模式为低速模式。

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