[实用新型]风力涡轮机

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电系统的辅助设备技术领域，具体地，涉及一种具有谐波滤波器的风力涡轮机。

背景技术

风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，具有占地少、无污染、建设周期短、装机规模灵活等优点，因此受到了世界各国的重视。风力涡轮机是将能转变为电能的能量转换装置，其中变速恒频风力涡轮机是近年来发展起来的一种新型涡轮机。变速恒频风力涡轮机允许发电机的转速根据风速的变化而变化。通过改变发电机的转速，可以在很大的风速范围内优化能量的转换效率。在变速恒频风力涡轮机中，有一种类型为具有双馈感应发电机(double fed induction generator，DFIG)的双馈感应式风力涡轮机，其风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动，是一种比较先进的风力涡轮机。双馈感应式风力涡轮机中发电机的定子绕组连接电网，转子绕组由具有可调节的三相电源激励，一般采用交流-交流变换器或交流-直流-交流变换器供电。双馈感应发电机可以在不同转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。当发电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。

当前变速恒频风力涡轮机的变换器采用的功率开关器件多是IGBT(绝缘三双极型功率管)，可以实现很高的开关频率，一般开关频率为2kHz～15kHz。然而功率开关器件的高开通关断频率却会产生高次谐波(即开关谐波)，注入到电网中，产生谐波污染，这将对电网上的其他电磁敏感的设备产生干扰。为了使电能质量达到国家或组织(如德国电力工业协会VDEW)规定的标准，就需要在电网和变换器之间接上谐波滤波器。图1为现有的一种双馈感应式风力涡轮机的示意图。图1中，连接转子绕组100和电网变压器120之间的变换器包括两个背靠背PWM变换器，分别为发电机侧变换器(本文也称为发电机侧整流器、转子逆变器)142和电网侧变换器(本文也称为电网逆变器)143，发电机侧变换器和电网侧变换器之间通过一个直流链电容(DC link Capacitor)连接。当能量沿着从电网到转子绕组的方向来激励发电机时，发电机侧整流器用作逆变器，电网侧逆变器则用作整流器。所述风力涡轮机还设置有风力涡轮机控制器(未示出)，连接变换器和其他部件，用于控制各部件的运行。变换器机箱140内的EMC滤波器141设置在发电机和变换器之间，用于抑制转子绕组上出现的电压尖峰和快速瞬变电压，有效延缓电机的绕组老化。在变换器和电网变压器之间连接的电网逆变器滤波器144为一个简单的LC滤波器或C滤波器，用于过滤发电机和变换器产生的谐波。针对图1所示的电路，通过在公共耦合点(PCC)进行的谐波电流发射测量发现：当图1的结构用于风力涡轮机组时，由于在风力涡轮机组中各个风力涡轮机之间的转子谐波和开关谐波是不同步的，在PCC没有发现明显的转子谐波和开关谐波，因而能够满足各种谐波限制标准。但当图1中的结构用于单个风力涡轮机时，在PCC发现了明显的2.5kHz转子逆变器开关谐波、5kHz电网逆变器开关谐波及7.5kHz的开关谐波，并且其幅度能够超过VDEW的参考限值，因此图1的结构并不能有效的过滤变换器开关频率产生的谐波，因此如何使单风力涡轮机产生的谐波处于可接受的水平，是一个有待解决的问题。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种风力涡轮机，以使风力涡轮机的谐波保持在可接受的水平。

根据本实用新型的一方面，本实用新型提供一种风力涡轮机，包括：发电机；连接在所述发电机的转子和电网变压器之间的变换器，所述变换器包括整流器和电网逆变器；电网逆变器滤波器，连接于所述变换器和电网变压器之间，用于过滤从电网逆变器进入电网的谐波；以及定子滤波器，设置于发电机的定子和电网变压器之间，用于过滤从定子进入电网的谐波。

优选地，所述电网逆变器滤波器包括：调谐LC滤波器，用于抑制与所述变压器和上述定子滤波器产生的谐振；以及基本滤波器，用于过滤开关谐波和开关频率的倍数对应的谐波。

优选地，所述电网逆变滤波器还包括：短路保护电路。

优选地，所述短路保护短路包括：与所述电网逆变器滤波器串联的保险丝和与所述保险丝并联的继电器控制开关。

优选地，所述电网逆变滤波器还包括：过载保护电路。

优选地，所述过载保护电路包括：与所述电网逆变器滤波器的电感线圈或电容串联设置的温度继电器。