[发明专利]一种新型双馈风力发电机组及其运行方式

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源技术领域，具体是一种新型的双馈风力发电机组及其运行方式的设计方案。

背景技术

随着中国风电的迅速发展，装机容量的大幅增加，风资源较好的地区已基本开发完毕，目前的风电业主对开发弱风地区的要求越来越强烈。对于目前大量运行的双馈风力发电机组而言，发电机的运行范围取决于发电机开口电压和双馈变流器的耐压和容量，一般都在同步转速±33%之间，例如典型的1.5MW4极风机转速范围一般为1000～2000rpm。在这个转速范围内，发电量和风机转速相关。这就使得风速较低的情况下，如果风机转速不能达到并网转速，则发电机不能并网发电。另外，如图1所示，从叶片的Cp曲线和双馈风力发电机的功率曲线可以看出：风力发电机组在风机转速略高于1000rpm时，并没有运行在最佳Cp值点。

在这种趋势下，双馈风力发电机组在低风速段的发电量不如直驱风力发电机组的缺点愈发明显。但从成本角度考虑，双馈风力发电机组仍有很大优势，如何将双馈风力发电机组的成本优势和直驱机组的低风优势结合起来，成为风电机组下一步的发展热点。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种新型双馈风力发电机组及其运行方式，可以提高双馈机组在低风速段的功率曲线、提高低风速段的发电量，同时增强了机组的低穿越能力。

本发明所采用的技术方案是：

一种新型双馈风力发电机组，包括双馈变流器、风力发电机和电网，风力发电机的定子回路直接与电网连接，风力发电机的转子回路通过双馈变流器与电网连接；所述定子回路上设置有短路开关，短路开关闭合时，定子回路短路、仅转子回路连接进入电网；短路开关断开时，定子回路和转子回路均连接进入电网。

一种新型双馈风力发电机组的运行方式，所述新型双馈风力发电机组包括双馈变流器、风力发电机和电网，风力发电机的定子回路直接与电网连接，风力发电机的转子回路通过双馈变流器与电网连接，所述定子回路上设置有短路开关；该新型双馈风力发电机组的运行方式包括以下两种具体形式：

鼠笼运行模式：将定子回路与电网的连接断开，定子回路上短路开关闭合，转子回路产生的电能通过双馈变流器转换输出至电网；

双馈运行模式：将定子回路与电网的连接恢复，定子回路上短路开关断开，定子回路产生的电能直接输出至电网，转子回路产生的电能通过双馈变流器转换输出至电网。

所述双馈风力发电机组的两种运行方式的切换过程由实时风速、风机的实时转速和实时功率三个控制参数控制。

所述双馈风力发电机组的两种运行方式的切换过程由实时风速控制时：

设定v为实时风速、v0为风力发电机组鼠笼运行模式的切入风速，v1为风力发电机组双馈运行模式的切入风速，v2为风力发电机组从双馈运行模式到鼠笼运行模式的切入风速；

当v>v0时，风力发电机组切换到鼠笼运行模式起机运行；在鼠笼运行模式下、当v>v1时，风力发电机组切换到双馈运行模式；

当v>v1时，风力发电机组直接以双馈运行模式起机运行；在双馈运行模式下、当v<v2时，风力发电机组切换到鼠笼运行模式；

其中：风机额定风速>v1>v2>v0；运行过程中，风机的实时转速n和实时功率P小于额定值，作为辅助控制。

所述双馈风力发电机组的两种运行方式的切换过程由转子实时转速控制时：

设定n为风机的实时转速、n0为风机鼠笼运行模式的切入转速，n1为风机双馈运行模式的切入转速，n2为风机从双馈运行模式到鼠笼运行模式的切入转速；

当n>n0时，风力发电机组切换到鼠笼运行模式起机运行；在鼠笼运行模式下、当n>n1时，风力发电机组切换到双馈运行模式；

当n>n1时，风力发电机组直接以双馈运行模式起机运行；在双馈运行模式下、当n<n2时，风力发电机组切换到鼠笼运行模式；

其中：风力发电机同步转速>n1>n2>n0；运行过程中，实时风速v和风机的实时功率P小于额定值，作为辅助控制。

所述双馈风力发电机组的两种运行方式的切换过程由实时功率控制时：

设定P为风机的实时功率、P0为风机鼠笼运行模式的切入功率，P1为风机双馈运行模式的切入功率，P2为风机从双馈运行模式到鼠笼运行模式的切入功率；

风力发电机组以鼠笼运行模式起机运行，如P<P0则停机；在鼠笼运行模式下、当P>P1时，风力发电机组切换到双馈运行模式；