一种用于风机叶片融冰的装置的制作方法

本发明涉及一种适用于风机叶片融冰的设备。

背景技术：

近年来，风电作为最具竞争力的新能源之一，在国内外新能源发电领域受到越来越广泛的关注。我国风能资源极其丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中陆地上风能储量约2.53亿kW(离地10m高度资料计算)、海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW。

由于风力发电技术的日臻成熟以及市场规模的不断扩大，建造成本逐渐降低，加上国家政策上的扶持，我国风力发电事业呈现出高速发展的态势。

风力发电系统具备离网运行的特点，也就是说当电网故障时，风机仍然可以为负载提供电能保证其正常工作。冬季电网输电线路覆冰会引起倒塔、断线等问题，严重的时候甚至会使电网解列运行陷入瘫痪，对电网的安全稳定运行造成严重危害。电网瘫痪会导致原有的融冰系统无法启动，致使线路覆冰问题更加恶化。此时风力发电系统的存在可以为线路融冰起到一定的作用。2008年我国南方遭遇罕见特大冰灾，湖南、贵州、江西等省电网受损严重，造成大面积停电。近年来，南方省份冬季多次遭遇冰灾，此时风力发电能否稳定离网运行变得尤为重要。

然而由于冬季温度较低，尤其是中国西南地区，贵州、云南和川渝等地，由于空气湿度较大，因此风力发电机叶片容易形成覆冰，而冬天又往往是风资源较好的季节。由于风力发电效率的关键在于风机叶片，其稳定性和性能的好坏直接影响到风能的转换，因此风机叶片融冰技术成为了风力发电技术的重要技术点之一，传统风力发电叶片融冰系统拓扑如图1所示。蓄电池经由变流器3连接到母线上，风机融冰装置直接连接在母线上，当风力资源匮乏时，蓄电池释放电能驱动融冰装置，进行风机融冰工作。

图1所示传统风电叶片融冰系统在不同工况下的工作示意图如图2所示。其工作过程可表示为：风力发电机将风能转换为电能，风机输出为交流电。通过整流环节AC/DC变流器(1)将风机产生的交流电转换为恒定的直流电源，再经过逆变环节DC/AC变流器(2)将直流电转换为与电网同压同频的交流电为负载供电。当风力能源过剩时多余的电能经变流器3转换为直流电能储存在蓄电池中如图2a所示；当风力能源匮乏时将蓄电池中储存的电能经变流器3释放，输送到交流母线中用于维持负载的正常工作，如图2b所示。当风机叶片覆冰时，融冰装置作为一个热负载启动运行，由交流母线提供电能。可以看出，当风力能源匮乏时，风机侧双向变流器(变流器1和变流器2)停止工作，仅依靠蓄电池侧的变流器即可为负载和融冰装置提供所需电能，系统拓扑稍显冗余。

技术实现要素：

本发明的目的简化现有的风电叶片融冰装置中的冗余，使得在维持融冰装置原有功能的条件下，降低系统成本，提出一种用于风机叶片融冰的装置。

本发明由风机、风机侧双向变流器、蓄电池、融冰装置和负载组成。风机经风机侧双向变流器连接在母线上。所述的风机侧双向变流器由风机整流AC/DC变流器(1)和DC/AC变流器(2)串联组成。蓄电池连接在风机整流AC/DC变流器(1)和DC/AC变流器(2)之间。融冰装置和负载直接连接在母线上。

本发明在传统风机叶片融冰装置的基础上省略了位于蓄电池侧的变流器(3)，将蓄电池连接在风机侧双向变流器之间，由风机侧双向变流器实现将风力资源转换向交流母线馈电和向蓄电池充电的功能。再由交流母线为融冰装置提供电能，除去风机叶片覆冰，即能实现与传统风机叶片融冰系统相同的功能。

当风力资源过剩时，产生的多余电能储存在蓄电池中，此时风机整流AC/DC变流器(1)产生的直流电一部分流入DC/AC变流器(2)，经电能变换后流入交流母线为负载供电；一部分流入蓄电池储存起来。此时若风机叶片覆冰，融冰装置将由交流母线供电启动，进行融冰工作。

当风力资源匮乏时，若风机叶片覆冰，蓄电池将储存的电能经DC/AC变流器(2)送入交流母线为融冰装置供电，进行叶片融冰。

本发明的效果：

1)相对于传统风机叶片融冰装置，本发明将蓄电池接在了风机两个双向变流器之间，省略了单独存在于蓄电池侧的变流器(3)，减少了装置冗余，降低了装置成本。

2)由于本发明省略了一个连接在交流母线上的变流器(3)，使得系统的控制策略变得更加简单，同时减少了一个变流器的引入，降低了系统谐波。

附图说明

图1是传统风电叶片融冰系统拓扑图；

图2是传统风电叶片融冰系统在不同工况下的工作示意图；

图3是本发明风电叶片融冰系统拓扑图；

图4是本发明风电叶片融冰系统在不同工况下的工作示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明省去了现有融冰装置中连接于蓄电池的变流器(3)，将蓄电池连接于风机双向变流器之间，在正常完成风机融冰工作的基础上简化了装置的冗余，节约了系统成本。

如图3所示，本发明由风机、风机侧双向变流器、蓄电池、融冰装置和负载组成。风机经风机侧双向变流器连接在母线上。所述的风机侧双向变流器由风机整流AC/DC变流器1和DC/AC逆变器2组成，蓄电池连接在风机整流AC/DC变流器1和DC/AC逆变器2之间，融冰装置和负载直接连接在母线上。

本发明风电叶片融冰系统在不同工况下的工作过程如图4所示。

风力能源过剩时，如图4a所示。风机将风能转换为交流电能，风机整流AC/DC变流器1作为整流器将交流电能转换为输出恒定的直流电。风机整流AC/DC变流器1输出的直流电能一部分送入DC/AC逆变器2转换为与电网同压同频的交流电，送入交流母线为负载供电；一部分送入蓄电池储存。此时若风机叶片覆冰，则由交流母线为融冰装置提供启动电源，为叶片除冰。

风力能源匮乏时，如图4b所示，蓄电池中储存的电能释放，经DC/AC逆变器2转换为与电网同压同频的交流电，送入交流母线为负载供电。此时若风机叶片覆冰，则由则由交流母线为融冰装置提供启动电源，为叶片除冰。此时交流母线上所用的电能由蓄电池产生，在整个融冰过程中只有风机整流AC/DC变流器1不参与工作。而在同样的工况下，传统风机叶片融冰装置中风机整流AC/DC变流器1和DC/AC逆变器2都不参与工作，造成资源浪费。