[发明专利]一种风力发电机组及其工作模式切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力能源领域，尤其涉及一种风力风电机组及其工作模式切换方法。

背景技术

双馈变速恒频风力发电机组作为目前市场占有率最高的一种风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以实现变速运行，调速范围达到±30％同步转速，并输出恒频恒压的电能。在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。

双馈式异步发电机向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和通过变频器从转子输出的功率。

这种风力发电机组的技术成熟，市场承认度、性价比和效率均较高。变频器的容量只有系统容量的30％左右。双馈异步发电机成本低、重量轻、易维护。

但是在现有技术中，发明人发现双馈式风力发电机组的主要缺点是在低风速下发电效率较低，由于双馈式风力发电机组采用的双馈电机本身在低转速下损耗较大；另外双馈风机存在运行转速的下限，因此在低风速区域不能维持最佳尖速比运行，风机风能捕获效率较低。

发明内容

本发明的实施例提供一种风力发电机组及其工作模式切换方法，能够提高低风速区域风力发电机组的工作效能。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供一种风力发电机组，包括：叶轮、与所述叶轮机械连接的双馈发电机，连接所述双馈发电机及工频电网的变频器，设置在所述双馈发电机及所述变频器之间及所述双馈发电机与所述工频电网之间的开关模组，其特征在于，所述开关模组包括：

第一开关单元，所述第一开关单元设置在所述工频电网和所述双馈发电机的定子之间；

第二开关单元，所述第二开关单元设置在所述双馈发电机的转子和短接端之间；

第三开关单元，所述第三开关单元设置在所述双馈发电机的转子和所述变频器的发电机侧变流器之间；

第四开关单元，所述第四开关单元设置在所述双馈发电机的定子与所述变频器的发电机侧变流器之间；

通过所述开关模组的各个开关单元的断开与闭合实现对所述风力发电机组工作模式的切换。

可选的，结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，具体的所述开关模组还包括：第五开关单元，所述第五开关单元设置在所述双馈发电机的定子和所述短接端之间。

可选的，在第二种可能的实现方式中，结合在第一种可能的实现方式，具体的所述风力发电机组还包括设置在所述双馈发电机转子和所述第二开关单元之间的第一阻抗网络和设置在所述双馈发电机定子和所述第五开关单元之间的第二阻抗网络。

可选的，在第三种可能的实现方式中，结合第二种可能的实现方式，所述第一阻抗网络和/或所述第二阻抗网络为电阻和/或电容和/或电感的串或并联结构。

可选的，在第四种可能的实现方式中，结合第一方面及第一方面中的任意一种可能的实现方式，具体的所述风力发电机组，还包括：

控制系统，所述控制系统连接所述开关模组，用于控制所述开关模组的开关单元的断开与闭合实现所述风力发电机组的工作模式切换。

可选的，在第五种可能的实现方式中，结合第四种可能的实现方式，所述控制系统包括所述风力发电机组的主控系统或变频系统或变桨系统。

第二方面，提供一种风力发电机组的工作模式切换方法，包括：

断开开关模组的第一开关单元，将双馈发电机的定子与工频电网断开；闭合第二开关单元将所述双馈发电机的转子与短接端导通；断开第三开关单元将所述双馈发电机的转子与变频器的发电机侧变流器断开；闭合第四开关单元将所述双馈发电机的定子与所述变频器的发电机侧变流器导通，所述风力发电机组切换至第一工作模式；

闭合所述开关模组的第一开关单元，将所述双馈发电机的定子与工频电网导通；断开所述第二开关单元将所述双馈发电机的转子与短接端断开；闭合所述第三开关单元将所述双馈发电机的转子与变频器的发电机侧变流器导通；断开所述第四开关单元将所述双馈发电机的定子与所述变频器的发电机侧变流器断开，所述风力发电机组切换至第二工作模式。

可选的，在第一种可能的实现方式中，结合第二方面，所述风力发电机组的开关模组还包括第五开关单元时，所述方法还包括：