风力发电电控系统的制作方法

本实用新型总体说来涉及风电技术领域，更具体地讲，涉及一种风力发电电控系统。

背景技术：

风力发电机组是将采集的风能转换为电能的机组设备。目前，主流的风电生产厂商，针对风力发电机组中常见的主控、变流器、水冷、配电、箱变散热的电控系统的设计，采用独立子系统的设计模式，即五个子系统分别独立进行柜体设计，但是，这种设计使得在从器件和柜体的利用上，有较大的冗余设计，导致成本较高。

此外，在现有的采用整体柜体设计的风力发电电控系统中，由于设计布局的不合理，导致风力发电电控系统的功率密度较低，另一方面，在现有的采用整体柜体设计的风力发电电控系统中，介于每个组成部分工作的相关性，如果任何一部分发生故障，都会导致整个风力发电电控系统的正常工作，使得风力发电电控系统的可靠性较差。

技术实现要素：

本实用新型的示例性实施例在于提供一种风力发电电控系统，以解决现有的由于主控、变流器、水冷、配电、箱变散热的电控系统分别独立设计使得器件和柜体有较大的冗余设计以致成本较高的问题。

根据本实用新型的示例性实施例，提供一种风力发电电控系统，其特征在于，所述风力发电电控系统包括：由第一电控子系统和第二电控子系统组成的柜体，其中，所述第一电控子系统包括总控制柜、前开关柜、前辅助柜和前功率柜，所述第二电控子系统包括总控制柜、后开关柜、后辅助柜和后功率柜，其中，所述总控制柜包括前后设置的前控制柜和后控制柜，其中，前开关柜和后开关柜、前辅助柜和后辅助柜以及前功率柜和后功率柜分别互为前后镜像布置，其中，前控制柜、后控制柜、前开关柜、后开关柜、前辅助柜、后辅助柜、前功率柜和后功率柜通过铜排和/或电缆被电气连接。

可选地，所述前开关柜内从上至下依次设置有机侧开关、机侧滤波器和网侧断路器，且所述前开关柜的外侧顶部设置有接线系统，所述接线系统内的缆线与所述机侧开关相连接，其中，所述机侧滤波器与网侧断路器之间通过铜排被电气连接。

可选地，所述前辅助柜内从上至下依次设置有水风换热单元、制动单元和滤波电容器。

可选地，所述前功率柜内从上至下依次设置有水风换热单元、整流逆变模块和电抗器，其中，所述整流逆变模块包括网侧功率模块和机侧功率模块。

可选地，所述前控制柜内从上至下依次设置有控制单元和水冷系统，所述后控制柜内从上至下依次设置有配电系统和水冷系统，其中，所述前控制柜和所述后控制柜内的水冷系统为联通区域。

可选地，所述前辅助柜和后辅助柜中的水风换热单元和所述前功率柜和后功率柜中的水风换热单元与所述控制单元共同构成所述风力发电电控系统的环控系统。

可选地，所述水冷系统内设置有双水泵，所述双水泵分别与箱变进水口和箱变回水口相联通，用于驱动所述箱变进水口和箱变回水口内的水体流动。

可选地，所述箱变进水口、所述箱变回水口与所述双水泵集成在所述水冷系统中，共同构成所述风力发电电控系统的箱变散热系统。

可选地，所述双水泵与所述箱变进水口和箱变回水口的连接处还设置有三通阀。

可选地，所述前开关柜、后开关柜、后辅助柜、后功率柜、后控制柜、前控制柜、前功率柜和前辅助柜在所述柜体内在所述柜体的俯视方向按顺时针或逆时针顺序设置。

根据本实用新型示例性实施例的风力发电电控系统，能够实现将主控、变流、水冷、配电和箱变散热的电控系统一体化，减少因分立设计带来的冗余设计成本，此外，还实现了双电控子系统设计，在其中一套电控子系统出现故障时，另一套电控子系统可以独立运行，提高了风力发电电控系统运行的可靠性。

将在接下来的描述中部分阐述本实用新型总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本实用新型总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的轴侧视图；

图2示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的正视图；

图3示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的后视图；

图4示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的水冷系统的结构示意图。

附图标号说明：

100-柜体、101-底托、102-并柜件、1-前开关柜、2-后开关柜、3-后辅助柜、4-后功率柜、5-后控制柜、6-前控制柜、7-前功率柜、8-前辅助柜、11、11’-机侧开关、12、12’-机侧滤波器、13、13’-网侧断路器、14-接线系统、15-1、15-2、15-3、15-4-水风换热单元、16、16’-网侧功率模块、17、17’-机侧功率模块、18、18’-电抗器、55、55’-制动电阻、19-控制单元、20-配电系统、21-水冷系统、22-双水泵、23-箱变进水口、24-箱变回水口、25-三通阀、26-整流逆变模块、27-制动单元、28-滤波电容器、29-变流进水口、30-变流回水口。

具体实施方式

现将详细参照本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本实用新型。

图1示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的轴侧视图。

如图1所示，根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统包括：由第一电控子系统和第二电控子系统组成的柜体100，作为示例，柜体100可以为一个长方体柜体，柜体100的柜底可使用底托101进行固定，柜顶使用并柜件102进行固定。

这里，第一电控子系统或第二电控子系统可包括相应的功能柜，具体说来，第一电控子系统包括总控制柜50、前开关柜1、前辅助柜8和前功率柜7，第二电控子系统包括总控制柜50、后开关柜2、后辅助柜3和后功率柜4，其中，总控制柜50包括前后设置的前控制柜6和后控制柜5，前开关柜1和后开关柜2、前辅助柜8和后辅助柜3以及前功率柜7和后功率柜4分别互为前后镜像布置。

这里，根据各功能柜间功能的衔接关系，优选地如图1中所示，第一电控子系统从左至右依次可包括后控制柜5、前控制柜6、前功率柜7、前辅助柜8和前开关柜1；第二电控子系统从左至右依次可包括前控制柜6、后控制柜5、后功率柜4、后辅助柜3、后开关柜2。这里，前控制柜6、后控制柜5、前开关柜1、后开关柜2、前辅助柜8、后辅助柜3、前功率柜7和后功率柜4通过铜排和/或电缆被电气连接。这里，应注意，如图1中所示的各功能柜之间可以是在所述柜体100内在所述柜体100的俯视方向按逆时针顺序设置，但是本实用新型不限于此，也可以将上述各功能柜在所述柜体100内在所述柜体100的俯视方向按顺时针顺序设置。

这里，需要说明的是：前后镜像布置指示上述镜像布置的相应的功能柜中所设置的器件型号相同且位置对称放置。例如，当前开关柜1和后开关柜2互为前后镜像布置时，前开关柜1和后开关柜2的内部结构相同且其所包括的器件的放置方式为对称放置。通过这种镜像设计，可以获得以下效果：第一，由于功能柜前后镜像布置，可以保证整体柜体的重心位于前功能柜与后功能柜中间，使得器件重心稳固，因此无论是在运输过程或者现场运行过程中，都可以保持系统的稳定性；第二，在软件设计中，由于相关功能柜互为前后镜像布置，内部设置的器件和器件所实现功能相同，因此软件设计时只需设计一套软件程序，被镜像的功能柜的软件只需在软件上做镜像即可，无需花费多余时间设计，从而节约了软件设计的设计成本；第三，由于互为前后镜像布置的功能柜的规格相同，在由多个互为前后镜像布置的功能柜组成的整体柜体中，可以将电气连接的电缆或铜排做到长度规格相同，从而减少了物料的种类和不必要物料的浪费。

另一方面，由于本实用新型提出的风力发电电控系统中的前开关柜1和后开关柜2、前辅助柜8和后辅助柜3以及前功率柜7和后功率柜4分别互为镜像布置，并且第一电控子系统和第二电控子系统共用同一总控制柜50，因此，本实用新型示例性实施例提出的风力发电电控系统可以认为包括两套功能相同、相互隔离且相互独立的风力发电电控系统。例如，前开关柜1、前辅助柜8和前功率柜7与前控制柜6和后控制柜5组成的第一电控子系统为一套完整的风力发电电控系统；后开关柜2、后辅助柜3和后功率柜4与前开关柜6和后开关柜5组成的第二电控子系统为另一套完整的风力发电电控系统。

此外，作为示例，第一电控子系统或第二电控子系统的母线可设置于各功能柜内部的后部，以保障各功能柜的前部为弱电和操作部分，从而使得强弱隔离，互补干扰，同时，这样的母线设计还提高了安全性，降低了人员触电风险。

通过上述描述可知，由于第一电控子系统和第二电控子系统之间相互隔离且完全独立，因此，在其中任一电控子系统故障的情况下，可停止发生故障的电控子系统的运行，仅使未发生故障的电控子系统正常运行，使得风力发电电控系统可以进行单绕组运行，从而提高了系统运行的可靠性。

进一步地，以下将对上述各功能柜的内部结构进行具体描述。

图2示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的正视图。

图3示出根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统的后视图。

参照图2和图3，在第一电控子系统中：

前开关柜1内从上至下依次设置有机侧开关11、机侧滤波器12和网侧断路器13，前开关柜1的外侧顶部设置有接线系统14，且接线系统14内的电机缆线与机侧开关11相连接，其中，机侧滤波器12与网侧断路器13之间通过铜排被电气连接。

前辅助柜8内从上至下依次设置有水风换热单元15、制动单元27和滤波电容器28。

前功率柜7内从上至下依次设置有水风换热单元15-1、整流逆变模块26(图2中未示出)和电抗器18，其中，整流逆变模块26包括网侧功率模块16和机侧功率模块17。这里，电抗器18用于对整流逆变模块26(即，网测功率模块16和机侧功率模块17)产生的电流进行阻抗匹配，而后通过前开关柜1输送至电网。这里，电抗器18可以对应的设置多组(图中为两组)，且各组之间可按排列顺序串联连接。

此外，前功率柜7的外侧的顶部还包括：制动电阻55，其中，制动电阻55和制动单元27通过铜排被电气连接后，共同构成风力发电机的制动系统。

前控制柜6从上至下设置有控制单元19和水冷系统21，后控制柜5内从上至下依次设置有配电系统20和水冷系统21，其中，前控制柜6和后控制柜5内的水冷系统21为联通区域。

另一方面，由于本实用新型提出的风力发电电控系统中的部分功能柜进行了镜像式布局，因此，后开关柜2、后辅助柜3、后功率柜4的内部结构分别与前开关柜1、前辅助柜8、前功率柜7的内部结构相同且布置方式对称，在此不再赘述。

下面，将在具体的应用场景中以前开关柜1、前辅助柜8、前功率柜7、前控制柜6和后控制柜5构成的第一电控子系统为例来说明电能的流动。这里，第一电控子系统中具体的电能回路如下：接线系统14的电机电缆从前开关柜1上方引入，将风力发电机电能资源传出，电能资源经过机侧开关11和机侧滤波器12滤波后，经过电气连接线(例如，铜排)进入前功率柜7中，然后依次经由前功率柜7中的机侧功率模块17变为直流电，再经由网侧功率模块16变为交流电，再经电抗器18进行阻抗匹配，最后经网侧断路器13输入到电网中进行并网发电。由上述描述可知，通过将前功率柜7中的机侧功率模块17和网侧功率模块16设置于同一柜中的方式，不仅可以直接减少母线的长度，从而减少铜排的使用量，还提高了系统的稳定性，另一方面，也方便了维护时的故障查找和故障定位。

此外，第一电控子系统或第二电控子系统中各器件的配电可由后控制柜5中设置的配电系统20来提供，而不是设置一个单独的配电柜，这样的布置具有如下效果：第一，取消了单独的配电柜可直接节省柜体成本以及包装运输成本，此外，还相应地节省了空间；第二，后控制柜5中设置的配电系统20已对内部配电器件进行了整合，取消了一些重复的器件的使用，通过这种方式不仅对配电系统20进行了优化和精简，还降低了器件使用的成本；第三，通过将配电系统20设置于柜体100中，不仅可以节省配电系统20与其他系统的电缆连接成本，还避免了长距离的电缆连接造成的信号干扰。

此外，由前述内容可知，前功率柜7中设置有单独的水风换热单元15-2，前控制柜1和前辅助柜8共用水风换热单元15-1，这里，前辅助柜8中的水风换热单元15-1与前功率柜7中的水风换热单元15-2与控制单元19共同构成了第一电控子系统的独立的环控系统，以对第一电控子系统中的相关功能柜进行精确地环境控制。例如，水风换热单元15-1或15-2可以将温度、湿度等环境信号反馈给控制单元19，相应地，控制单元19控制水风换热单元15-1或15-2进行工作，使得相关功能柜中的器件处于最佳的工作状态下，从而间接地提高了相关功能柜中的器件的运行能力。

此外，结合图2和图3可知，第一电控子系统或第二电控子系统中都包括共用的水冷系统21，用于对第一电控子系统或第二电控子系统进行箱变散热，下面将结合图4来详细描述水冷系统21的结构。

图4示出根据本发明示例性实施例提供的风力发电电控系统的水冷系统21的结构示意图。

具体说来，如图4所示，水冷系统21内设置有双水泵22，双水泵22分别与箱变进水口23和箱变回水口24联通，用于驱动箱变进水口23和箱变回水口24内的水体流动，双水泵22与箱变进水口23和箱变回水口24的连接处还设置有三通阀25，用于控制风扇为回流的冷却液进行降温。此外，所述水冷系统21内还设置有变流进水口29和变流回水口30，用于对柜体内的变流相关器件进行降温。

根据上述水冷系统21的连接关系，可以在风力发电电控系统内实现一个较简单的散热系统。作为示例，箱变进水口23、箱变回水口24与双水泵22集成在水冷系统21中，可以共同构成所述风力发电电控系统的箱变散热系统。此外，变流进水口29和变流回水口30与双水泵22集成在水冷系统21中，可以共同构成所述风力发电电控系统的变流散热系统。

具体说来，水冷系统21的水冷散热功能的具体实现方式为：箱变散热部分通过管道分别连接到箱变进水口23和箱变回水口24，变流散热部分通过管道分别连接到变流进水口29和变流回水口30，水冷系统21的冷却液可从箱变进水口23经过管道箱变的热量带走，然后经过管道从箱变回水口24回到水冷系统21；此外，水冷系统21的冷却液还可从变流进水口29经过管道将变流相关器件的热量带走，然后经过管道从变流回水口30回到水冷系统21。通过这样的循环，可以通过水冷系统21对箱变和变流进行冷却，达到散热的目的。

由上述对水冷系统21的描述可知，本实用新型实施例提供的独立的水冷系统21将现有技术中的箱变的水冷系统和变流的水冷系统进行了整合，取消了原有的箱变的水冷系统，箱变的散热集成后的水冷系统来负责，从而达到了节省成本和减小占地空间的效果。

此外，通过上述方式，可以将水冷系统中的双水泵和三通阀等主要器件集成在一起，这样不仅可以极大地缩短水冷器件和水泵本体之间的距离、减少水管的长度，还降低了漏水的风险。此外，由于水冷系统21采用双水泵设计，可以使得在单水泵故障时，切断故障的单水泵，进行降功率运行，对比现有技术中的单水泵的方案，双水泵的设计降低了水冷系统对整个系统的影响，提高了系统工作的稳定性。

另一方面，第二电控子系统中各系统的设计布局与功能与第一电控子系统相同，在此不再赘述。

综上所述，根据本实用新型示例性实施例提供的风力发电电控系统，可以实现如下效果：第一，能够实现将主控、变流、水冷、配电和箱变散热的电控系统一体化，减少因分立设计带来的冗余设计成本；第二，实现了双电控子系统设计，在其中一套电控子系统出现故障时，另一套电控子系统可以独立运行，提高了风力发电电控系统运行的可靠性；第三，整体柜体与各功能柜的匹配，使得风力发电电控系统的功率密度得到较大的提升。

最后应说明的是：以上各个实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。