基于公共直流母线的直驱风力发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统，属一种风力发电系统，包括多台风力发电机组；所述风力发电机组的交流电流输出端分别接入各自的机侧变流器，所述多台风力发电机组均通过各自的机侧变流器接入公共直流母线，再由公共直流母线统一接入变电站，用于将多台风力发电机组所产生的电能汇聚传输到变电站进行统一逆变，将其转换为与电网同频同压的交流电馈入电网；且所述多台风力发电机组通过机侧变流器传输至公共直流母线的电能的电压均相等。通过将发电系统中的所有风力发电机组通过公共直流母线连接在一起，将它们所产生的电能传输至变电站进行统一的变流，可以有效降低风电场的建设成本，增加风电系统构成的灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电系统，更具体的说，本专利技术主要涉及一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统。
技术介绍
在所有的可再生能源发电系统中，风能作为一种具有很强竞争力的新能源发电技术得到了全社会的高度重视，其装机容量近乎以20%的速度递增。为转换和获得更多的风能，变速恒频风力发电机组逐步取代恒速恒频风力发电机组。而其中，直驱式永磁同步风力发电系统因其具有无增速齿轮箱、效率高、可靠性高、运行维护成本低等优点，逐渐成为行内人士关注的焦点，逐步成为市场上流行的变速恒频风力发电机组之一。当前，针对直驱式风力发电系统，其基本结构以风力机带动多极永磁同步发电机+不控整流+Boost变换器+PWM变流器、和发电机+背靠背双PWM变流器的两种结构。对于后者，由于发电机控制由PWM变流器实现，可以获得比较高的性能，如谐波少、功率因素高、功率双向流转、响应性能好等，但相对前者其装置的投入成本自然要高、电路复杂、可靠性也相应的较低。当前，对这两者的应用研究均比较多，其系统结构都是一对一模式，即一台发电机对应一部变流器(整流、逆变)，将风能馈入电网。然而，众所周知的是，对于需要建立的风电场而言，不可能就是一台风力发电机组，大多在风场区域范围内逐步建立并发展成为一个发电机组群，如果所有的风力发电机组均按以上模式组建，系统总投入与运行成本将比较大。此外，在大多数运行情况下，并不是所有风力发电系统总是运行在全功率状态，因此，一对一模式的风力发电系统其并网逆变器并未按照容量充分发挥其自身潜能，系统的运行效益较低。在文献[I直驱式永磁风力发电机组病网控制，杨晓萍，郭鑫，电力系统及其自动化，2011Vol. 23No. 6]中，提出了一种直驱式永磁风力发电机组并网控制方法，该控制方法的思想是，系统只使用一台全功率变流器将所有直驱永磁风力发电机并接在低频交流母线上，电能以低频长距离送入背靠背换流站，在换流站中变换为工频送入电网。这种方法可以显著降低风力发电系统的初始设备投资，一条低频母线上的所有发电机等效成一台发电机，各机组的转速相同。显然，运行于风电场不同位置的风力发电机组，由于地面形状的不同，风流形成的差异，风电场各处的风速肯定会有比较大的差别，让所有风力发电机都运行在相同转速肯定是不合理的。由于各机组风速不同而转速相同，使得大部分机组不能运行在最佳风能曲线上，不能让各机组充分发挥各自优势利用风力资源，因此，有必要针对前述直驱风力发电系统做进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于针对上述不足，提供一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统，以期望解决现有技术中风力发电机组配置最大功率的变流器造成变流装置过多的功率潜能浪费，发电机组相互分离造成系统架设及并网控制较为复杂，对电网的冲击较大以及系统架设成本过高等技术问题。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案本专利技术所提供的一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统，包括多台风力发电机组，所述风力发电机组的交流电流输出端分别接入各自的机侧变流器，所述多台风力发电机组均通过各自的机侧变流器接入公共直流母线连接在一起，再由公共直流母线统一接入变电站，用于将多台风力发电机组所产生的电能汇聚传输到变电站进行统一逆变，将其转换为与电网同频同压的交流电馈入电网；且所述多台风力发电机组通过机侧变流器传输至公共直流母线的电能的电压均相等。作为优选，进一步的技术方案是所述多台风力发电机组各自的机侧变流器与公共直流母线之间还设有功率方向控制开关模块，用于在风力发电机组并入发电系统时，使其向公共直流母线传输的电能趋于平滑。更进一步的技术方案是所述的功率方向控制开关模块包括馈电大功率二极管、旁路开关及功率方向控制电路；其中馈电大功率二极管串接在机侧变流器与公共直流母线之间，且旁路开关并联接入在馈电大功率二极管的两端，其初始呈断开状，所述功率方向控制电路分别接入公共直流母线与旁路开关，且功率方向控制电路中还预设有风力发电机组向公共直流母线输出电能的电流控制数值，用于当功率方向控制电路检测到经过馈电大功率二极管传输至公共直流母线的电流大于或等于所述电流控制数值时，则控制旁路开关闭合，旁路短接馈电大功率二极管。更进一步的技术方案是所述的功率方向控制电路中预设的电流控制数值还设有滞环，用于使预设的电流控制数值形成相应的区间值范围。更进一步的技术方案是所述的机侧变流器是全控整流器或不控整流器带升压变换器。更进一步的技术方案是所述发电系统中多台风力发电机组通过各自的机侧变流器，接入公共直流母线的方式为环形联接、放射形联接、串联形联接当中的任意一种。更进一步的技术方案是所述变电站设有多台并网逆变器，且多台并网逆变器直接接入公共直流母线，所述多台并网逆变器分级相互并联，用于按照多台风力发电机组传输至直流母线电能的大小，采用相应数量或功率的并网逆变器对公共直流母线馈入的电能进行逆变转换，且公共直流母线馈入的电能大小与变电站并网逆变器的数量和功率相互匹配。更进一步的技术方案是所述分级相互并联的逆变器与公共直流母线之间还设有切换控制器，切换控制器用于实时检测公共直流母线输入逆变器的电能的功率值，并与当前逆变器的额定功率相比较，判断当前逆变器是否满载，将结果进行显示。更进一步的技术方案是所述切换控制器与公共直流母线还接入卸荷电路，用于当切换控制器判断所有逆变器的功率均为满载时，切换控制器控制卸荷电路导通，释放公共直流母线过多功率，同时给出告警信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果之一是通过将发电系统中的所有风力发电机组通过公共直流母线连接在一起，将它们所产生的电能传输至变电站进行统一的变流，可以有效降低风电场的建设成本，增加直驱风力发电系统构成的灵活性，方便风力发电机组的并网操作与运行，提高直驱风力发电系统并网后运行的稳定性，并为其它分布式能源的并网运行提供了机遇；同时本专利技术所提供的一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统的架构简单，且适宜于在各类风力发电场所中安装运用，应用范围广阔。附图说明图1为用于说明本专利技术一个实施例的系统架构框图；图2为用于说明本专利技术另一个实施例的功率方向控制开关模块连接框图；图3为用于说明本专利技术一个应用实施例的系统架构框图；图4为用于说明本专利技术另一个应用实施例的系统架构框图；图5为用于说明本专利技术再一个应用实施例的系统架构框图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。参考图1所示，本专利技术的一个实施例是一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统，该系统中设有多台风力发电机组，所述风力发电机组的交流电流输出端分别接入各自的机侧变流器，所述多台风力发电机组均通过各自的机侧变流器接入公共直流母线连，再由公共直流母线统一接入变电站，该技术手段的作用是将多台风力发电机组所产生的电能汇聚传输到变电站进行统一逆变，将其转换为与电网同频同压的交流电馈入电网；所述多台风力发电机组通过机侧变流器传输至公共直流母线的电能的电压均相等。在本专利技术的另一实施例中，在多台风力发电机组各自的机侧变流器与公共直流母线之间增设功率方向控制开关模块，其作用是在风力发电机组并入发电系统时，使其向公共直流母线传输的电能趋于平滑。参考图2所示，而根据本专利技术的另一优选实施例，上述功率方向控制开关模块的优选结构为由馈电大功率二极管、旁路开关及功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统，包括多台风力发电机组，所述风力发电机组的交流电流输出端分别接入各自的机侧变流器，其特征在于：所述多台风力发电机组均通过各自的机侧变流器接入公共直流母线连接在一起，再由公共直流母线统一接入变电站，用于将多台风力发电机组所产生的电能汇聚传输到变电站进行统一逆变，将其转换为与电网同频同压的交流电馈入电网；且所述多台风力发电机组通过机侧变流器传输至公共直流母线的电能的电压均相等。

【技术特征摘要】
1.一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统，包括多台风力发电机组，所述风力发电机组的交流电流输出端分别接入各自的机侧变流器，其特征在于所述多台风力发电机组均通过各自的机侧变流器接入公共直流母线连接在一起，再由公共直流母线统一接入变电站，用于将多台风力发电机组所产生的电能汇聚传输到变电站进行统一逆变，将其转换为与电网同频同压的交流电馈入电网；且所述多台风力发电机组通过机侧变流器传输至公共直流母线的电能的电压均相等。2.根据权利要求1所述的基于公共直流母线的直驱风力发电系统，其特征在于所述多台风力发电机组各自的机侧变流器与公共直流母线之间还设有功率方向控制开关模块， 用于在风力发电机组并入发电系统时，使其向公共直流母线传输的电能趋于平滑。3.根据权利要求2所述的基于公共直流母线的直驱风力发电系统，其特征在于所述的功率方向控制开关模块包括馈电大功率二极管、旁路开关及功率方向控制电路；其中馈电大功率二极管串接在机侧变流器与公共直流母线之间，且旁路开关并联接入馈电大功率二极管的两端，且初始呈断开状，所述功率方向控制电路分别接入公共直流母线与旁路开关，且功率方向控制电路中还预设有风力发电机组向公共直流母线输出电能的电流控制数值，用于当功率方向控制电路检测到经过馈电大功率二极管传输至公共直流母线的电流大于或等于所述电流控制数值时，则控制旁路开关闭合，旁路连接馈电大功率二极管。4.根据权利要求3所述的基于公共直流母线的直驱风力发电系统，其特征在于所述的功率方向控制电路中预...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：