一种双馈式变流器系统及双馈式风力发电机组的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于风力发电的变流器系统，还涉及使用该变流器系统的双馈式风力发电机组。
【背景技术】
[0002]作为清洁、可再生、有着巨大潜力的新能源，风力发电在全世界范围内获得了迅猛的发展。兆瓦级风力发电机组主要有双馈式风力发电机组和全功率式风力发电机组。如图1所示，双馈式风力发电机组主要由塔筒(图中未示出)、风机、齿轮箱、双馈发电机、双馈式变流器系统、变压器、变桨装置和主控制器等组成。其中，变压器原方连接高压的外部电网，副方连接低压的内部电网，双馈发电机及变流器系统位于风机、齿轮箱和内部电网之间，是实现机电能量转换和控制的核心系统。
[0003]如图2所示为现有的双馈发电机及双馈式变流器系统。双馈发电机的转子轴与风机、齿轮箱机械连接，接受机械能，定子绕组、转子绕组均可馈送电能。双馈式变流器系统一般包含变流器，网侧熔断器FU2，定子接触器Kl及主断路器QF0。其中变流器包括通过直流母线连接的机侧变换器和网侧变换器，负责处理双馈发电机转子支路上的功率。双馈发电机的定子绕组通过定子接触器Kl连接至定转子支路电气汇集点，而双馈发电机的转子绕组则需通过变流器连接至定转子支路电气汇集点，定转子支路电气汇集点再通过主断路器QH)连接至双馈式风力发电机组的内部电网。一般地，双馈发电机正常运行的转速范围为同步转速的0.8到1.2倍之间，即滑差率为0.2至-0.2之间，极限运行的转速范围为同步转速的0.67到1.33倍之间，即滑差率为0.33至-0.33之间。根据双馈发电机的功率关系特性，即转子处理功率与定子处理功率的比率为其运行滑差率的绝对值，故变换器子系统需要处理的最大功率为系统总功率的1/4左右。同时，双馈发电机的转子端口电压与定子电压的比值，为转子绕组与定子绕组的变比和双馈发电机实际运行滑差率的绝对值的乘积。一般地，双馈发电机的转子绕组与定子绕组的变比为3:1左右。这样，在双馈发电机的极限运行的转速范围边界上(对应滑差率的绝对值一般为0.33)，双馈发电机的转子端口电压与定子电压的比值在I附近，即此时转子端口电压与定子电压即内部电网电压的数值相当。通常内部电网配置为额定值为690V的交流电，这样，变流器中的机侧变换器和网侧变换器所需处理的电压都在690V级别。上述设计，充分体现了双馈式风力发电机组相对于全功率式风力发电机组的经济性优势。
[0004]上述现有的双馈式变流器系统在双馈式风力发电机组停机时，定子支路上的定子接触器Kl和主断路器QR)其中至少之一必需断开，否则由于连接至内部电网上的双馈发电机所处的大滑差状态(滑差率为I)引发的高转子电压(可达2100V)直接施加至变换器子系统，会损坏变换器子系统，甚至发生更严重的事故。因为部分风电场的风力状况波动较为频繁，这会导致风力发电机组频繁的启机、停机，而主断路器QH)往往存在有限的机械和电气动作次数限制，故主断路器QH)—般主要承担系统故障及检修时的保护功能，而定子接触器Kl则承担风力发电机组正常启机、停机时的闭合、断开操作(此时冲击电流往往不大)。因接触器的动作次数限制比断路器会高出一个数量级以上，这样可保证系统的设计寿命O
[0005]上述现有的双馈式变流器系统在风电行业中已得到广泛应用，但其中的定子接触器K1，由于其额定电流较大，在工业上整体用量较小，生产成本往往较高，影响了双馈式变流器系统乃至整个双馈式风力发电机组的经济性。以2.(MW双馈发电机及变流器系统为例，一般需使用2100A的定子接触器，其售价目前大约在3万元人民币以上，而且小电流接触器相对大电流接触器的动作次数限制会更高。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题之一在于，提供一种双馈式变流器系统，克服现有定子接触器成本高，影响变流器系统乃至整个风力发电机组经济性的缺陷。
[0007]本实用新型要解决的技术问题之二在于，提供一种双馈式风力发电机组，克服现有定子接触器成本高，影响风力发电机组经济性的缺陷。
[0008]本实用新型解决其技术问题之一所采用的技术方案是:构造一种双馈式变流器系统，包括变流器、主断路器和网侧保护装置；
[0009]该变流器包括通过直流母线连接的机侧变换器和网侧变换器，该机侧变换器连接双馈发电机的转子绕组，该网侧变换器连接定转子支路电气汇集点；
[0010]该主断路器连接在定转子支路电气汇集点靠近内部电网一侧的的主电路上；
[0011]该网侧保护装置连接在该网侧变换器与该定转子支路电气汇集点之间；
[0012]与所述双馈式变流器系统配套的双馈发电机的转子绕组与定子绕组的匝比大于I;
[0013]其特征在于，该双馈式变流器系统还包括转子侧开关，该转子侧开关连接在该机侧变换器与双馈发电机的转子绕组之间。
[0014]在本实用新型的双馈式变流器系统中，所述网侧保护装置为断路器或熔断器。
[0015]在本实用新型的双馈式变流器系统中，包括电容组，该电容组为星形接法或三角形接法，连接在所述定转子支路电气汇集点与双馈发电机的定子绕组之间的三相线路上。
[0016]在本实用新型的双馈式变流器系统中，所述转子侧开关为接触器或晶闸管开关。
[0017]本实用新型解决其技术问题之二所采用的技术方案是:构造一种双馈式风力发电机组，包括塔筒、风机、齿轮箱、双馈发电机、变流器系统、变压器、变桨装置和主控制器；该双馈发电机的转子绕组与定子绕组的匝比大于I;该变流器系统包括变流器、主断路器和网侧保护装置；
[0018]该变流器包括通过直流母线连接的机侧变换器和网侧变换器，该机侧变换器连接双馈发电机的转子绕组，该网侧变换器连接定转子支路电气汇集点；
[0019]该主断路器连接在定转子支路电气汇集点靠近内部电网一侧的主电路上；
[0020]该网侧保护装置连接在该网侧变换器与该定转子支路电气汇集点之间；
[0021]其特征在于，该双馈式变流器系统还包括转子侧开关，该转子侧开关连接在该机侧变换器与双馈发电机的转子绕组之间。
[0022]在本实用新型的双馈式风力发电机组中，所述网侧保护装置为断路器或熔断器。
[0023]在本实用新型的双馈式风力发电机组中，包括电容组，该电容组为星形接法或三角形接法，连接在所述定转子支路电气汇集点与双馈发电机的定子绕组之间的三相线路上。
[0024]在本实用新型的双馈式风力发电机组中，所述转子侧开关为接触器或晶闸管开关。
[0025]实施本实用新型的双馈式变流器系统及双馈式风力发电机组，与现有技术比较，其有益效果是:
[0026]1.对于双馈式风力发电机组，在变流器系统中变流器的机侧变换器与双馈发电机的转子绕组之间设置转子侧开关，由于变流器需要处理的最大功率仅为系统总功率的1/4左右，故设置在双馈发电机的转子支路上的开关电流等级远小于设置在双馈发电机定子支路上的开关电流等级，使得本实用新型设置在发电机转子侧的开关价格要远低于设置在发电机定子侧的开关价格，从而降低现有变流器系统及整个风力发电机组的建设成本，提高系统经济性；以2.(MW双馈式变流器系统为例，其转子侧额定电流可达520A，可使用630A的转子接触器，其售价目前在0.5万元左右，而现有系统一般需采用的2100A的定子接触器的售价大约在3万元以上，而且小电流接触器相对大电流接触器的动作次数限制会更高，故其经济性是相当可观的；
[0027]2.系统运行安全可靠，在风力发电机组正常启机、停机时由设置的转子之路上的转子侧开关实现变流器与双馈发电机的接通与断开，在系统检修时则可由主断路器实现与电网的安全断开，使用方便。
【附图说明】
[0028]图1是双馈式风力发电机组基本组成结构示意图。
[0029]图2是现有的双馈式变流器系统附加双馈发电机的结构示意图。
[0030]图3是本实用新型双馈式变流器系统附加双馈发电机的结构示意图。
[0031]图4是本实用新型双馈式变流器系统实施例一附加双馈发电机的结构示意图。
[0032]图5是本实用新型双馈式变流器系统实施例二附加双馈发电机的结构示意图。