CN1967961A - 低频风力发电机群并入电网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频风力发电机群并入电网的方法，该方法将风力发电机群、低频升压变压器、高压低频输电线路、交交变频器、工频升压变压器组成分布式电源***，风力发电机群发出低频电力，通过低频升压变压器升为低频高压后，由高压低频输电线路输入至交交变频器中，再由交交变频器将低频电力转换为工频电力，经工频升压变压器送入工频电力***，由工频电力***输出。由于风力发电机组通过低频输电***经交交变频器接入工频电网，使得风力发电机组可低速变频运行，从而简化风力发电机组的结构，降低造价；可从风场获取更多的电能；易于直接将风电接入电力***中心地区；降低风电带来的电压波动。

Description

低频风力发电机群并入电网的方法

                         技术领域

本发明属于电工技术领域，涉及一种分布电源并网方法，特别是低频风力发电机群并入电网的方法。

                         背景技术

在风力发电***中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电的输出频率与电网的频率一致，即频率保持恒定。实现发电机恒频的方式主要有恒速恒频和变速恒频两种，恒速恒频是指保持发电机的转速不变，从而得到恒定频率的电能；变速恒频是指发电机的转速可随风速变化，而通过某种特定的方式使频率恒定。

在恒速恒频***中，主要通过同步电机或者感应电机直接并网，恒速恒频风力发电***具有结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高等优点，是目前主要的风力发电设备。但是在恒速恒频风力发电***中，为了适应大、小风速的要求，一般采用两台不同容量、不同极数的异步发电机，风速低时用小容量发电机发电，风速高时则用大容量发电机发电，同时一般通过变桨距控制改变桨叶的攻角以调整输出功率，但是这也只能使异步发电机在两个不同风速下具有较佳的风能利用系数，而无法有效地利用不同风速时的风能。另一方面，风电机组直接与电网相耦合，风电的特性将直接对电网产生影响；此外，其发电设备大部分为异步发电机，它在发出有功功率的同时，还需要消耗无功功率。

在变速恒频风力发电***中，国际上有多种方案，如常用的变速恒频双馈电机风力发电***，每个风力发电机接一个双馈电机并网，但是这些方法中都是采用一塔一轮一电机控制的机组结构，增加了风力发电的成本。目前克服一塔一轮一电机控制的机组结构的新型风力发电***是windformer，windformer是ABB公司研制的新型的风力发电***，该机组的功率输出经分散不可控整流及集中逆变的轻型HVDC***直接输送至当地的高压电网，风电场的电气主***被等效成一台大型高压直流发电机。这种***的优点是，由于无齿轮箱直接驱动，降低了因齿轮箱旋转而产生的损耗、噪音以及维护工作。由于交流发电机是通过整流—逆变装置与电网连接，发电机的频率与电网的频率是彼此独立的，因此通常不会发生同步发电机并网时由于频率差而产生的冲击电流或者冲击力矩问题，是一种较好的平稳的并网方式。

这种***的缺点是，高压直流发电机代价很高且制造困难；电能经过两次变换，损耗大；需要将交流发电机发出的全部交流电经整流—逆变装置转换后送入电网，一次需要采用大功率高反压的晶闸管，电力电子器件价格比较高，控制复杂。此外，非正弦形逆变器在运行时产生高频谐波电流流入电网，影响了电网的电能质量。

                        发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种风力发电机群用低频并入电网的方法。该方法能够将风力发电机群经低频输电***接入电网，可以很好解决风力发电***中存在的瓶颈问题。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种风力发电机群并入电网的方法，其特征在于，该方法将风力发电机群、低频升压变压器、高压低频输电线路、交交变频器、工频升压变压器组成分布式电源***，风力发电机群发出低频电力，经汇流母线与低频升压变压器的一次绕组连接，通过低频升压变压器升压后，由高压低频输电线路输入至交交变频器中，再由交交变频器将低频电力转换为工频电力，经工频升压变压器送入电网。

本发明的方法由于风力发电机组通过低频输电***经交交变频器接入工频电网，使得风力发电机组可低速变频运行，从而带来以下优点：1.简化风力发电机组的结构，降低造价；2.可从风场获取更多的电能；3.易于直接将风电接入电力***中心地区；4.降低风电带来的电压波动。

                        附图说明

图1是本发明的分布式电源***结构示意图；

以下结合附图和原理对本发明作进一步的详细说明。

                      具体实施方式

参见图1，本发明的分布式电源***由低频风力发电机群1、低频升压变压器2、高压低频输电线路3、交交变频器4、工频升压变压器5、工频电力***6组成。

低频风力发电机群1的三相出线端经汇流母线A与低频升压变压器2的一次绕组连接，低频升压变压器2的二次绕组通过高压低频输电线路3与交交变频器4的输入端C相连，交交变频器4的输出端D与工频升压变压器5输入端连接，工频升压变压器5的输出端E与工频电力***6连接，由工频电力***6输出。

低频风力发电机群1包括多个风力发电装置，每一台风力发电装置由风力机、齿轮箱，发电机组成。

交交变频器4从输出侧向输入侧逆向传输功率，交交变频器4工作在发电运行方式，其正负组变流电路主要处于逆变状态。

低频风力发电机群1根据风力的大小发出低频电力，通过低频升压变压器2升为低频高压后，由高压低频输电线路3输入至交交变频器4，由交交变频器4将低频电力转换为工频电力经工频升压变压器5送入工频电力***6，由工频电力***6输出。

本发明的方法具有以下技术特点：

1.简化风力发电机组的结构

由于采用低频输送电力，发电机发出低频电力，极对数减少，制造技术及成本将大大下降；另外，所用增速齿轮箱的增速比比目前所应用的几种风力发电***的齿轮增速比可以小很多，大大减少了增速齿轮箱的体积。大大降低了维护成本和制造费用。

2.从风场获取更多的电能

由于风力机采用变速运行，所以可以从风场获取更多的电能。在额定风速以下风力发电机组的运行可以不受功率限制的风速范围。在这一运行区域，风力机定桨距控制，风力发电机组控制***的主要任务是通过对转速的控制来跟踪C_pmax以获取最大的能量。

当风速超过额定风速时，能量的获取将受到机组物理性能的限制，风力机的风轮转速和能量必须低于某个限制值，否则各部件的机械和疲劳强度就受到挑战。因此在额定风速以上时，实行变桨距恒低频控制，通过控制风力机的桨距角，使得风力机发出的功率始终保持在额定功率附近。

仿真试验表明，如采用50/3Hz发电，当频率在此低频上变化±10％时，风能利用率可提高8％。

3.易于直接将风电接入电力***中心地区

风力场中的风力发电机组发出低频的电能，经过低频升压变压器升压后，可经过低频远距离输电直接将电能送到负荷中心，再经过交交变频器转换成50Hz电能送入负荷中心电网，这样就克服了在传统风力场选址中要考虑小型风力场要靠近10kV～35kV电网、大型风力场要靠近110kV～220kV电网的限制。这样可以显著减小风力波动对电力***的影响。

4.降低风电带来的电压波动

电力***的电压水平取决于无功功率的平衡，电压的波动由下式确定，

$\mathrm{\ΔV}=\frac{Q\·X}{V}=\frac{Q\·2\mathrm{\πfL}}{V}$

显然，降低输电频率，可以减小电网的电压波动。

Claims (4)

1.一种低频风力发电机群并入电网的方法，其特征在于，该方法将风力发电机群、低频升压变压器、高压低频输电线路、交交变频器、工频升压变压器组成分布式电源***，风力发电机群发出低频电力，通过低频升压变压器升压后，由高压低频输电线路输入至交交变频器中，再由交交变频器将低频电力转换为工频电力，经工频升压变压器送入电网。

2.如权利要求1所述的低频风力发电机群并入电网的方法，其特征在于，所述的低频风力发电机群的三相出线端经汇流母线与低频升压变压器的一次绕组连接，低频升压变压器的二次绕组通过高压低频输电线路与交交变频器的输入端相连，交交变频器的输出端与工频升压变压器输入端连接，工频升压变压器的输出端与工频电力***连接，由工频电力***输出。

3.如权利要求1所述的低频风力发电机群并入电网的方法，其特征在于，所述的低频风力发电机群包括多个风力发电装置，每一台风力发电装置由风力机、齿轮箱，发电机组成，经汇流母线与低频升压变压器的一次绕组连接。

4.如权利要求1所述的低频风力发电机群并入电网的方法，其特征在于，所述的交交变频器从输出侧向输入侧逆向传输功率，交交变频器工作在发电运行方式，其正负组变流电路主要处于逆变状态。

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