[实用新型]基于公共直流母线的直驱风力发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电系统，更具体的说，本实用新型主要涉及一种基于公共直流母线的直驱风力发电系统。

背景技术

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[1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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型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。