变流器、风电机组及风电场的制作方法

1.本实用新型涉及变流器领域，特别涉及一种变流器、风电机组及风电场。


背景技术：

2.在风电场的设计中，为满足接入电网的相关要求，一般都是按照风电场容量的10％配置动态无功补偿装置，支持感性和容性无功调度。
3.目前svg(static var generator，静止无功发生器)存在耗电量高、容易产生电网次同步震荡、部分老旧静止无功发生器不支持高/低电压穿越的问题，且其投入费用高，在风电场的建设时需要高额的投资费用和设备维护费用，并大面积的永久性建设用地，使得风电场的投资成本和建设成本较高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种变流器、风电机组及风电场，通过在变流器中设置无功调度接口，避免svg系统的投入。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.本实用新型第一方面提供了一种变流器，包括：控制器、主电路、主控通讯接口和无功调度接口；其中，
7.所述主控通讯接口的内侧及所述无功调度接口的内侧，分别与所述控制器相连；
8.所述主控通讯接口的外侧，通过所述变流器外侧的主控，与所述变流器外侧的通讯管理机通信连接；
9.所述无功调度接口的外侧，与所述通讯管理机通信连接；且所述无功调度接口与所述通讯管理机之间的通信速度，快于所述主控通讯接口与所述通讯管理机之间的通信速度；
10.所述主电路受控于所述控制器。
11.可选的，所述控制器通过所述无功调度接口，与所述通讯管理机之间以modbus-tcp通讯协议或goose(generic object oriented substation event，面向通用对象的变电站事件)通讯协议实现通信。
12.可选的，所述控制器通过所述主控通讯接口，与所述主控之间以canopen通讯协议或dp通讯协议实现通信。
13.可选的，所述主电路，包括：网侧变流器、机侧变流器、框架断路器、定子接触器以及转子接触器；
14.所述机侧变流器的交流侧作为所述主电路的机侧一端，与风力发电机的转子绕组相连；
15.所述机侧变流器的直流侧与所述网侧变流器的直流侧连接；
16.所述网侧变流器的交流侧连接所述转子接触器的一端；
17.所述定子接触器的一端作为所述主电路的机侧另一端，连接所述风力发电机的定
子绕组；
18.所述定子接触器的另一端连接所述转子接触器的另一端，该连接点与所述框架断路器的一端相连接；
19.所述框架断路器的另一端作为所述主电路的网侧。
20.可选的，所述主电路，包括：网侧变流器、机侧变流器及框架断路器；
21.所述机侧变流器的交流侧作为所述主电路的机侧，与风力发电机的转子绕组相连；
22.所述机侧变流器的直流侧与所述网侧变流器的直流侧连接；
23.所述网侧变流器的交流侧与所述框架断路器的一端相连接；
24.所述框架断路器的另一端作为所述主电路的网侧。
25.本实用新型第二方面还提供了一种风电机组，包括：风力发电机和风电变流器；其中，
26.所述风电变流器为如上述第一方面任一种所述的变流器；
27.所述风力发电机通过所述风电变流器并网。
28.可选的，所述风力发电机，包括：风机主控和风机；
29.所述风机主控的一端与所述风电变流器的主控通讯接口外侧相连接；
30.所述风机主控的另一端与所述风电机组外侧的通信管理机相连接；
31.所述风机的输出端与所述风电变流器的机侧相连接。
32.可选的，所述风机主控通过网络通信，与所述通信管理机实现通信连接。
33.本实用新型第三方面还提供了一种风电场，包括：ems(engine management system，能量管理系统)、通讯管理机、升压站和至少一个如上述第二方面任一种所述的风电机组；其中，
34.所述ems分别与电网调度系统及所述通讯管理机通信连接；
35.所述通讯管理机与所述风电机组中风电变流器的无功调度接口相连接；
36.所述通讯管理机还与所述风电机组的风机主控通信连接；
37.所述风电机组通过所述升压站连接电网。
38.可选的，所述风电场，还包括：scada(supervisory control and data acquisition，数据采集与监视控制系统)；
39.所述scada分别与所述ems及所述通讯管理机通信连接。
40.可选的，所述风电场，还包括：测量单元；
41.所述测量单元的输入端设置于所述升压站连接电网的一侧；
42.所述测量单元的输出端与所述通讯管理机相连接。
43.本实用新型提供的变流器，通过在变流器中设置无功调度接口，与变流器外侧的通讯管理机实现通信连接，使得通讯管理机能够将无功指令直接传送给变流器，且该无功调度接口与通讯管理机之间的通信速度，快于主控通讯接口与该通讯管理机之间的通信速度，也即提高了通讯管理机与变流器之间的通信速度，能够实现变流器的快速无功调度，提高了变流器的连续无功调节能力,满足风电场的并网要求，进而可以节省svg系统的投入，有效的降低了电场的投资成本及维护成本。
附图说明
44.为了更清楚地说明本实用新型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要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
45.图1为本实用新型实施例提供的变流器的结构示意图；
46.图2为本实用新型实施例提供的变流器的无功调度流程图；
47.图3为本实用新型实施例提供的变流器的具体结构示意图；
48.图4为本实用新型实施例提供的变流器的另一具体结构示意图；
49.图5为本实用新型实施例提供的风电机组的结构示意图；
50.图6为本实用新型实施例提供的风电场的结构示意图；
51.图7和图8为本实用新型实施例提供的风电场的另外两种结构示意图。
具体实施方式
52.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
53.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.本实用新型提供一种变流器，通过在变流器中设置无功调度接口，避免svg系统的投入。
55.如图1所示，该变流器10具体包括：主电路01、控制器02、无功调度接口03和主控通讯接口04；其中：
56.主电路01受控于控制器02，进而实现相应的变流功能。
57.主控通讯接口04的内侧及无功调度接口03的内侧，分别与控制器02相连；主控通讯接口04的外侧，通过变流器外侧的主控，与变流器外侧的通讯管理机通信连接；无功调度接口03的外侧，与通讯管理机通信连接；且无功调度接口03与通讯管理机之间的通信速度，快于主控通讯接口04与通讯管理机之间的通信速度。
58.该无功调度接口03可以支持变流器10与通讯管理机直接交互无功指令，且控制器02还可以通过该无功调度接口03向通讯管理机反馈变流器10的无功执行情况及变流器10的运行状态；实际应用中，该无功调度接口03可以支持modbus-tcp通讯协议或goose通讯协议，使控制器20与该通讯管理机实现相应协议下的通信，此处不做具体限定，视其实际应用环境而定即可，均在本技术保护范围内。
59.实际应用中，该控制器02可以通过主控通讯接口04，与变流器10外侧的主控以canopen通讯协议或dp通讯协议实现通信，此处不做具体限定，视其实际应用环境而定即
可，均在本技术保护范围内。
60.参见图2，具体的工作原理为：
61.当变流器10进行快速无功调度使能时，变流器10中的控制器02通过无功调度接口03获取通讯管理机的无功指令，将该无功指令赋值作为变流器10当前跟踪的无功指令，使变流器10进行无功响应；当变流器10的无功调度使能被禁止时，还可以通过主控通讯接口04获取其设置于变流器10外侧的主控下发的无功指令，将该无功指令赋值作为变流器10当前跟踪的无功指令，进而使变流器10进行无功响应。
62.值得说明的是，现有技术的变流器若想实现与通讯管理机之间的信息交互，需要通过设置于变流器10外侧的主控，间接获取该通讯管理机下发的无功指令，但该通讯方法的无功更新速度较慢。
63.本实施例提供的变流器10，通过在变流器10中设置无功调度接口03，与变流器10外侧的通讯管理机实现通信连接，使得通讯管理机能够将无功指令直接传送给变流器10，且该无功调度接口03与通讯管理机之间的通信速度，快于主控通讯接口01与该通讯管理机之间的通信速度，也即提高了通讯管理机与变流器10之间的通信速度，能够实现变流器10的快速无功调度，提高了变流器10的连续无功调节能力，满足风电场的并网要求，进而可以节省svg系统的投入，有效的降低了电场的投资成本及维护成本。
64.在上一实施例的基础之上，该变流器10的主电路01可以有不同的实现形式，比如：
65.如图3所示(以在图1的基础上为例进行展示)，其主电路01，包括：网侧变流器、机侧变流器、框架断路器q1、定子接触器k1以及转子接触器k2；其中：
66.机侧变流器的交流侧作为主电路01的机侧一端，与风力发电机g的转子绕组相连；机侧变流器的直流侧与网侧变流器的直流侧连接；网侧变流器的交流侧连接转子接触器k2的一端。
67.定子接触器k1的一端作为主电路01的机侧另一端，连接风力发电机g的定子绕组。
68.定子接触器k1的另一端连接转子接触器k2的另一端，该连接点与框架断路器q1的一端相连接；框架断路器q1的另一端作为主电路01的网侧。
69.此时，该变流器10即为双馈变流器，该主电路01的具体工作原理可以参见现有技术，此处不再赘述。
70.或者，如图4所示(以在图1的基础上为例进行展示)，其主电路01，包括：网侧变流器、机侧变流器及框架断路器q1；其中：
71.机侧变流器的交流侧作为主电路01的机侧，与风力发电机g的转子绕组相连；机侧变流器的直流侧与网侧变流器的直流侧连接；网侧变流器的交流侧与框架断路器q1的一端相连接；框架断路器q1的另一端作为主电路01的网侧。
72.此时，该变流器10即为全功率变流器，该主电路01的具体工作原理可以参见现有技术，此处不再赘述。
73.本技术另一实施例还提供了一种风电机组，如图5所示(以在图1的基础上为例进行展示)，该风电机组100包括：风机20、风机主控30和风电变流器10；该风电变流器10为上述任一实施例所述的变流器；其中，
74.风机主控30的一端与风电变流器10的主控通讯接口04相连接；风机主控30的另一端与风电机组100外侧的通讯管理机相连接；风机20的输出端与风电变流器10的机侧相连
接；实际应用中，风机主控30可以通过网络通信，与通讯管理机实现通信连接。
75.另外，由于风机主控30采用canopen通讯或dp协议与变流器10之间进行无功指令的间接传输，该通讯实现的无功更新速度较慢，因此，在通讯管理机通过无功调度接口03对风电变流器10进行无功指令传输时，风机主控30不响应通讯管理机的无功指令。
76.本实施例提供的风电机组100，通过采用能够支持无功调度使能的风电变流器10满足了电站的无功调度要求，使得通讯管理机能够将无功指令直接传送给变流器，实现了风电变流器10的无功调度，提高了变流器10的连续无功调节能力，满足风电场的并网要求，进而可以节省svg系统的投入，降低相应成本。
77.本技术另一实施例还提供了一种风电场，如图6所示，包括：ems200、通讯管理机300、升压站400和如上述任一实施例所述的风电机组100；其中，
78.ems200分别与电网调度系统及通讯管理机300通信连接；通讯管理机300与风电机组100中风电变流器10的快速无功调度接口相连接；通讯管理机300还与风电机组100的风机主控30通信连接。
79.风电机组100通过升压站400连接电网，具体是风机20的输出端与风电变流器10的机侧相连接，风电变流器10的网侧通过升压站400连接电网。
80.具体的工作原理为：
81.ems200得到电网调度系统的指令之后，将无功指令下发给通讯管理机300，通讯管理机300通过与风电变流器10之间的无功调度接口将无功指令发送给风电变流器10，以使风电变流器10达到无功响应的目的，使风电机组100输出无功功率，再经过升压站400升压后输入电网。
82.实际应用中，ems200与电网调度系统和通讯管理机300进行网络通信；该通讯管理机300与风机主控30进行网络通信，且与风电机组100通过无功调度接口进行快速通讯。
83.本实施例提供的风电场，通过在风电变流器10中增加了无功调度接口03，实现了变流器10的快速无功调度，提高了变流器10的连续无功调节能力，满足风电场的并网要求，进而可以节省svg系统的投入，降低了svg动态无功设备的投资和设备的维护费用，并且减少了升压站永久性建设用地的占地面积，在当前风力发电平价上网的情况下为电站的发展带来更好的效益。
84.在上述实施例的基础之上，优选的，如图7所示(以在图6的基础上为例进行展示)，该风电场还包括：scada500；其中，scada500分别与ems200及通讯管理机300相连接。
85.该scada500分别与ems200和通讯管理机300进行网络通信，可以对风电场中ems200和通讯管理机300所传输的信息进行数据采集与监视控制。
86.在上述实施例的基础之上，优选的，如图8所示(以在图7的基础上为例进行展示)，该风电场还包括：测量单元600；其中，测量单元600的输入端设置于升压站400连接电网的一侧；测量单元600的输出端与通讯管理机300相连接。
87.本实施例中，通过测量单元600对升压站400输出的电网电压进行监测，将所监测到的数值输出给通讯管理机300，便于风电变流器10进行功率输出的控制。
88.本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述
的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
89.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
90.对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。