CN114123314A - 一种单风轮双绕组电机独立并网*** - Google Patents

一种单风轮双绕组电机独立并网*** Download PDF

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CN114123314A CN202111263691.0A CN202111263691A CN114123314A CN 114123314 A CN114123314 A CN 114123314A CN 202111263691 A CN202111263691 A CN 202111263691A CN 114123314 A CN114123314 A CN 114123314A
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秦猛
郭小江
孙财新
李春华
付明志
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Huaneng Offshore Wind Power Science and Technology Research Co Ltd
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Abstract

本申请提出了一种单风轮双绕组电机独立并网***，包括：风机、第一变流器、第二变流器和并网变压器，其中，风机包括风轮和电机，并网变压器为双***变压器；风轮和电机连接，电机用于在风轮转动时输出第一交流电压信号U1、第一交流电流信号I1、第二交流电压信号U2和第二交流电流信号I2；电机通过第一变流器与并网变压器的第一输入端连接，通过第二变流器与并网变压器第二输入端连接。本申请采用双绕组同步发电机，提高了机组能量密度和发电效率，增强了***故障冗余度和可靠性；采用两组独立并网变流器对两路输出并网回路进行独立控制，实现电气和控制部分的解耦，降低了***复杂度，提高了***灵活性及响应能力。

Description

一种单风轮双绕组电机独立并网***
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种单风轮双绕组电机独立并网***。
背景技术
近年来，全球可再生能源利用年增长率达到25％，可再生能源的利用将以电力行业为主导，非水力可再生能源的发电比例将扩大两倍。风能发电作为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电，其装机容量占整个可再生能源发电装机总容量的绝大部分，但是电力电子器件性能的限制，给大容量风电机组的研制及应用造成了一定的瓶颈，如何合理的构建并网***成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种单风轮双绕组电机独立并网***，以提高机组能量密度和发电效率，降低***复杂度，提高***灵活性及响应能力，增强***故障冗余度和可靠性。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种单风轮双绕组电机独立并网***，包括：风机、第一变流器、第二变流器和并网变压器，其中，所述风机包括风轮和电机，所述并网变压器为双***变压器；所述风轮和所述电机连接，所述电机用于在所述风轮转动时输出第一交流电电压信号U1、第一交流电流信号I1、第二交流电压信号U2和第二交流电电流信号I2；所述电机通过所述第一变流器与所述并网变压器的第一输入端连接，所述第一变流器用于根据所述第一交流电压信号U1生成第三交流电压信号U3，以及根据所述第一交流电流信号I1生成第三交流电流信号I3，并将所述第三交流电压信号U3和所述第三交流电流信号I3输入至所述并网变压器的第一输入端；所述电机通过所述第二变流器与所述并网变压器的第二输入端连接，所述第二变流器用于根据所述第二交流电压信号U2生成第四交流电压信号U4，以及根据所述第二交流电流信号I2生成第四交流电流信号I4，并将所述第四交流电压信号U4和所述第四交流电流信号I4输入至所述并网变压器的第二输入端。
本申请实施例提出的单风轮双绕组电机独立并网***，风轮和电机连接，电机用于在风轮转动时输出第一交流电压信号U1、第一交流电流信号I1、第二交流电压信号U2和第二交流电流信号I2，电机通过第一变流器与并网变压器的第一输入端连接，第一变流器用于根据第一交流电压信号U1生成第三交流电压信号U3，以及根据第一交流电流信号I1生成第三交流电流信号I3，并将第三交流电压信号U3和第三交流电流信号I3输入至并网变压器的第一输入端，电机通过第二变流器与并网变压器的第二输入端连接，第二变流器用于根据第二交流电压信号U2生成第四交流电压信号U4，以及根据第二交流电流信号I2生成第四交流电流信号I4，并将第四交流电压信号U4和第四交流电流信号I4输入至并网变压器的第二输入端。本申请实施例提出的单风轮双绕组电机独立并网***，机组采用一个风轮，拖动一台发电机，分别经两套并网变流器单独并网，本申请采用双绕组同步发电机，提高了机组能量密度和发电效率，增强了***故障冗余度和可靠性；采用两组独立并网变流器对两路输出并网回路进行独立控制，实现电气和控制部分的解耦，降低了***复杂度，提高了***灵活性及响应能力。
根据本申请的一个实施例，所述电机为永磁同步发电机。
根据本申请的一个实施例，所述电机为双绕组单转子电机。
根据本申请的一个实施例，所述第一变流器为全功率变流器。
根据本申请的一个实施例，所述第二变流器为全功率变流器。
根据本申请的一个实施例，所述第一变流器包括第一整流器和第一逆变器。
根据本申请的一个实施例，所述第二变流器包括第二整流器和第二逆变器。
根据本申请的一个实施例，所述风轮为三叶片风轮。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请一个实施例的单风轮双绕组电机独立并网***的结构示意图；
图2是根据本申请一个实施例的单风轮双绕组电机独立并网***的第一变流器的框图；
图3是根据本申请一个实施例的单风轮双绕组电机独立并网***的第二变流器的框图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面结合附图来描述本申请实施例的单风轮双绕组电机独立并网***。
图1是根据本申请一个实施例的单风轮双绕组电机独立并网***的结构示意图，如图1所示，本申请实施例的单风轮双绕组电机独立并网***具体可包括：风机101、第一变流器102、第二变流器103和并网变压器104，其中：
风机101包括风轮1011和电机1012。其中，电机具体可为双绕组单转子电机，可以包括转子、第一定子绕组和第二定子绕组。
风轮1011和电机1012(具体可以为风轮1011与电机1012的转子)连接，风轮1011在风的作用下转动，带动电机1012的转子转动，电机1012用于在风轮1011带动电机1012的转子转动时在第一定子绕组输出第一交流电压信号U1和第一交流电流信号I1；在第二定子绕组输出第二交流电压信号U2和第二交流电流信号I2。其中，电机1012具体可为永磁同步发电机，风轮1011具体可为三叶片风轮。
电机1012(具体可以为电机1012的第一定子绕组)通过第一变流器102与并网变压器104连接，具体的，电机1012(具体为电机1012的第一定子绕组)通过三相线路与第一变流器102的输入端连接，第一变流器102的输出端通过三相线路与并网变压器104的第一输入端连接，第一变流器102用于根据第一交流电压信号U1生成第三交流电压信号U3，以及根据第一交流电流信号I1生成第三交流电流信号I3，第一变流器102将第三交流电压信号U3和第三交流电流信号I3输入至并网变压器104的第一输入端。如图2所示，第一变流器102具体可包括至少一个第一整流器201和至少一个第一逆变器202。其中，第一变流器102具体可为全功率变流器，第一变流器102的转换效率为η1，输出功率为P1，可以根据第一交流电压信号U1和第一交流电流信号I1计算得到风轮带动双绕组单转子电机的转子转动时，第一变流器的输出功率P1，其计算公式如下：
Figure BDA0003322408310000031
电机1012(具体为电机1012的第二定子绕组)通过第二变流器103与并网变压器104连接，具体的，电机1012(具体为电机1012的第二定子绕组)通过三相线路与第二变流器103的输入端连接，第二变流器103的输出端通过三相线路与并网变压器104的第二输入端连接，第二变流器103用于根据第二交流电压信号U2生成第四交流电压信号U4，以及根据第二交流电流信号I2生成第四交流电流信号I4，第二变流器103将第四交流电压信号U4和第四交流电流信号I4输入至并网变压器104的第二输入端。如图3所示，第二变流器103具体可包括至少一个第二整流器301和至少一个第二逆变器302。其中，第二变流器103具体可为全功率变流器，第二变流器103的转换效率为η2，输出功率为P2，可以根据第二交流电压信号U2和第二交流电流信号I2计算得到风轮带动双绕组单转子电机的转子转动时，第二变流器的输出功率P2，其计算公式如下：
Figure BDA0003322408310000041
并网变压器104具体可为双***变压器，包括第一输入端、第二输入端和输出端。并网变压器104通过第一输入端与第一变流器102相连接，并网变压器104通过第二输入端与第二变流器103相连接。并网变压器104的***效率为η3，机组并网总功率为P3，作为一种可行的实施方式，可以根据本申请提出的单风轮双绕组电机机组产生的交流电压信号和交流电流信号计算得到机组并网总功率P3，其计算公式如下：
Figure BDA0003322408310000042
本申请实施例提出的单风轮双绕组电机独立并网***，风轮和电机连接，电机用于在风轮转动时输出第一交流电压信号U1、第一交流电流信号I1、第二交流电压信号U2和第二交流电流信号I2，电机通过第一变流器与并网变压器的第一输入端连接，第一变流器用于根据第一交流电压信号U1生成第三交流电压信号U3，以及根据第一交流电流信号I1生成第三交流电流信号I3，并将第三交流电压信号U3和第三交流电流信号I3输入至并网变压器的第一输入端，电机通过第二变流器与并网变压器的第二输入端连接，第二变流器用于根据第二交流电压信号U2生成第四交流电压信号U4，以及根据第二交流电流信号I2生成第四交流电流信号I4，并将第四交流电压信号U4和第四交流电流信号I4输入至并网变压器的第二输入端。本申请实施例提出的单风轮双绕组电机独立并网***，机组采用一个三叶片风轮，拖动一台双绕组单转子永磁同步发电机，分别经两套并网变流器单独并网，采用双绕组同步发电机，提高了机组能量密度和发电效率，增强了***故障冗余度和可靠性；采用两组独立并网变流器对两路输出并网回路进行独立控制，实现电气和控制部分的解耦，降低了***复杂度，提高了***灵活性及响应能力。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，包括：风机、第一变流器、第二变流器和并网变压器，其中，所述风机包括风轮和电机，所述并网变压器为双***变压器；
所述风轮和所述电机连接，所述电机用于在所述风轮转动时输出第一交流电压信号U1、第一交流电流信号I1、第二交流电压信号U2和第二交流电流信号I2；
所述电机通过所述第一变流器与所述并网变压器的第一输入端连接，所述第一变流器用于根据所述第一交流电压信号U1生成第三交流电压信号U3，以及根据所述第一交流电流信号I1生成第三交流电流信号I3，并将所述第三交流电压信号U3和所述第三交流电流信号I3输入至所述并网变压器的第一输入端；
所述电机通过所述第二变流器与所述并网变压器的第二输入端连接，所述第二变流器用于根据所述第二交流电压信号U2生成第四交流电压信号U4，以及根据所述第二交流电流信号I2生成第四交流电流信号I4，并将所述第四交流电压信号U4和所述第四交流电流信号I4输入至所述并网变压器的第二输入端。
2.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述电机为永磁同步发电机。
3.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述电机为双绕组单转子电机。
4.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述第一变流器为全功率变流器。
5.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述第二变流器为全功率变流器。
6.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述第一变流器包括第一整流器和第一逆变器。
7.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述第二变流器包括第二整流器和第二逆变器。
8.根据权利要求1所述的单风轮双绕组电机独立并网***，其特征在于，所述风轮为三叶片风轮。
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