[发明专利]一种可变频型三相风力发电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电系统及其控制方法，尤其涉及一种可变频型三相风力发电系统及其控制方法。

背景技术

随着现代工业的发展，石油、煤、天然气等不可再生能源日渐稀少，以风能为代表的新能源符合全球低碳经济的时代潮流，已经得到世界各国政府的认可、重视与扶持。

风力发电相关产业在最近几年得到了快速发展，但时至今日，相对于使用如煤炭、石油等不可再生能源的传统发电系统，风力发电在成本上仍处于劣势地位。这就要求科技工作者不断探索，一方面，尽可能的提高风力发电系统的转换效率，降低损耗，另一方面，想方设法的降低风力发电系统的装设成本。

当今，电力负载中有为数不少的电机类负载，这类负载在启动的短时间内，需要较大的电源功率，风力发电系统不仅仅提供有功功率，还必须同时提供一定量的无功功率，功率消耗较之稳定运行时大幅增加，因而，风力发电系统在设计之初，设计人员通常会把风力发电机的容量设计成比负载的额定功率多出一半至几倍的瓦特数，无疑，这大幅提高了以风力发电机为主的风力发电系统的装设成本。

发明内容

本发明的可变频型三相风力发电系统，成本与传统逆变装置差别不大，功能上可克服上述缺点，对于电机类负载，从变频的角度解决问题，通过减少风力发电机的容量，使风力发电系统的装设成本大幅降低。除此之外，本发明的科学的电源管理与控制方法也对能源的节省与高效利用具有重要意义。

本发明所有相关描述中的“工频”含义为一个国家或地区市电、工业用电的频率，包括但不限于50赫兹及60赫兹两种频率。

本发明的可变频型三相风力发电系统包括主控部分、整流电路、逆变电路、检测电路、蓄电池充放电电路、蓄电池接口、风力发电机接口、工频负载接口、变频负载接口、电控开关、警示应答装置，变压器可选，其中主控部分与整流电路、逆变电路、检测电路、蓄电池充放电电路、风力发电机接口、工频负载接口、变频负载接口、电控开关、警示应答装置分别电气连接；风力发电机接口与整流电路的交流侧直接电气连接或经变压器间接电气连接；蓄电池充放电电路、整流电路的直流侧以及逆变电路的直流侧三者彼此电气连接；蓄电池充放电电路与蓄电池接口电气连接；检测电路与蓄电池充放电电路、电控开关、整流电路交流侧、逆变电路交流侧、逆变电路直流侧分别电气连接；工频负载接口、变频负载接口分别与逆变电路交流侧直接电气连接或经变压器间接电气连接。工频负载接口的数量为一个或相互并联的多个，变频负载接口的数量为一个或相互并联的多个。以上各组成部分在功能或结构上可以合并或拆分。

主控部分与电控开关、警示应答装置分别通过有线或无线的方式进行通信：有线通信方式包括但不限于串行总线、并行总线、一根或多根信号线；无线通信方式包括但不限于射频、红外、蓝牙、磁场。此外，电控开关的状态信息也可以选择经检测电路发送至主控部分。

本发明的主控部分包含微处理器、微控制器中的一种或多种，负责整个系统的信息采集、分析处理、决策输出等核心任务，是整个风力发电系统的控制核心。其中微控制器的类型包括但不限于单片机、DSP、CPLD、FPGA、PLC。

逆变电路与整流电路二者分别包含若干个变流桥臂或集成功率模块，对于包含变流桥臂的情况，每个桥臂由多个全控开关器件串联构成，每个全控开关器件都反并联一个续流二极管，本发明描述中的“全控开关器件”指既能控制开通又能控制关断的电力电子开关器件，类型包括但不限于晶体管、IGBT、MOSFET、IGCT、IEGT、GTO、SET；对于包含集成功率模块的情况，集成功率模块的类型包括但不限于IPM功率模块。在这里，逆变电路与整流电路各自选择何种结构形式互不相关。

本发明中整流电路除上述构成方式以外可以选择的其它构成方式中可选组件包含但不限于：不可控型集成功率模块、半控型集成功率模块、由非全控型开关器件构成的桥式整流电路，本发明描述中的“不可控”指开通与关断都不可控制，具有此类特性的开关器件包括但不限于二极管；“半控”指只能控制开通但不能控制关断，具有此类特性的开关器件包括但不限于晶闸管；“非全控”包含“不可控”与“半控”两种类型。

逆变电路与由可控开关器件构成的整流电路的拓扑结构的电平数为2或大于2的奇数，其中大于2的奇数个电平的拓扑结构的类型包括但不限于二极管嵌位型、飞跨电容型、单元级联型。逆变电路与由全控开关器件构成的整流电路二者采用何种拓扑结构互不相关；二者拓扑结构中电平的数量可以相同，也可以不同。

本发明相关描述中的“可控”指开关器件的开通或关断可以控制，包含前述“全控”和“半控”两种类型。