直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统的制作方法

1.本技术涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统。


背景技术：

2.近年来，全球可再生能源利用年增长率达到25％，可再生能源的利用将以电力行业为主导，非水力可再生能源的发电比例将扩大两倍。风能发电作为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电，其装机容量占整个可再生能源发电装机总容量的绝大部分，但是电力电子器件性能的限制，给大容量风电机组的研制及应用造成了一定的瓶颈，如何合理地构建并网系统成为业界亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的第一个目的在于提出一种直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统，以提高机组能量密度和发电效率，增强系统故障冗余度和可靠性，提升系统输出功率，增加机组输出能力，减少系统线路损耗，降低系统控制复杂度，提高系统的并网发电效率。
5.为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统，包括：风电机组、四端口变流器和并网变压器，其中，所述风电机组包括风轮和与所述风轮对应的电机，所述四端口变流器包括第一整流器、第二整流器、第三整流器和逆变器；所述风轮和所述与所述风轮对应的电机连接；所述风电机组的第一输出端与所述第一整流器的输入端连接，所述风电机组的第二输出端与所述第二整流器的输入端连接，所述风电机组的第三输出端与所述第三整流器的输入端连接，所述第一整流器的输出正端与所述逆变器的输入正端连接，所述第一整流器的输出负端与所述第二整流器的输出正端连接，所述第二整流器的输出负端与所述第三整流器的输出正端连接，所述第三整流器的输出负端与所述逆变器的输入负端连接，所述逆变器的输出端与所述并网变压器连接。
6.本技术实施例提出的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统，风轮和与风轮对应的电机连接，风电机组的第一输出端与第一整流器的输入端连接，风电机组的第二输出端与第二整流器的输入端连接，风电机组的第三输出端与第三整流器的输入端连接，第一整流器的输出正端与逆变器的输入正端连接，第一整流器的输出负端与第二整流器的输出正端连接，第二整流器的输出负端与第三整流器的输出正端连接，第三整流器的输出负端与逆变器的输入负端连接，逆变器的输出端与并网变压器连接。。本技术实施例提出的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统，采用两个风轮，拖动两台电机，经四端口变流器连接并网，实现了串联抬升直流电压功能，本技术通过搭配使用单转子单绕组永磁同步发电机和双绕组单转子永磁同步发电机替换传统发电机，增加了气动能量捕获能力，提
高了系统的能量利用率，提高了机组能量密度和发电效率，增强了系统故障冗余度和可靠性；通过提高变流系统的直流母线电压等级，提升了系统输出功率，同时可以抬高交流输出侧的电压等级，增加机组输出能力，减少系统线路损耗，降低系统控制复杂度，提高系统的并网发电效率。
7.根据本技术的一个实施例，所述电机为永磁同步发电机。
8.根据本技术的一个实施例，所述风电机组包括第一风机和第二风机；所述第一风机包括第一风轮和与所述第一风轮连接的第一电机，所述第一电机的输出端作为所述风电机组的第一输出端；所述第二风机包括第二风轮和与所述第二风轮连接的第二电机，所述第二电机的第一输出端作为所述风电机组的第二输出端，所述第二电机的第二输出端作为所述风电机组的第三输出端。
9.根据本技术的一个实施例，所述第一电机为单转子单绕组电机，第二电机为双绕组单转子电机。
10.根据本技术的一个实施例，所述第一整流器、所述第二整流器和所述第三整流器为全功率整流器，所述逆变器为全功率逆变器。
11.根据本技术的一个实施例，所述风轮为三叶片风轮。
12.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
13.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
14.图1是根据本技术一个实施例的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统的结构示意图。
15.图2是根据本技术一个实施例的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统中一种风电机组的结构示意图。
具体实施方式
16.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
17.下面结合附图来描述本技术实施例的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统。
18.图1是根据本技术一个实施例的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统的结构示意图，如图1所示，本技术实施例的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统具体可包括：风电机组101、四端口变流器102和并网变压器103，其中：
19.风电机组101包括风轮1011和与风轮1011对应的电机1012，四端口变流器102包括第一整流器1021、第二整流器1022、第三整流器1023和逆变器1024。
20.风轮1011和与风轮对应的电机1012连接，风电机组101用于通过第一输出端输出第一交流电压信号u1和第一交流电流信号i1，通过第二输出端输出第二交流电压信号u2和
第二交流电流信号i2，通过第三输出端输出第三交流电压信号u3和第三交流电流信号i3。其中，电机1012具体可为永磁同步发电机，风轮1011具体可为三叶片风轮。
21.风电机组101的第一输出端通过三相线路与第一整流器1021的输入端连接，风电机组101的第二输出端通过三相线路与第二整流器1022的输入端连接，风电机组101的第三输出端通过三相线路与第三整流器1023的输入端连接，第一整流器1021的输出正端通过直流母线与逆变器1024的输入正端连接，第一整流器1021的输出负端通过直流母线与第二整流器1022的输出正端连接，第二整流器1022的输出负端通过直流母线与第三整流器1023的输出正端连接，第三整流器1023的输出负端与逆变器1024的输入负端连接，逆变器1024的输出端通过三相线路与并网变压器103连接，即四端口变流器102三机侧输入端为电机机侧的第一整流器1021、第二整流器1022和第三整流器1023，经直流母线串联抬升直流电压之后，由网侧的逆变器1024统一并网，实现中压并网之后，可以直接接入中压电网系统。其中，第一整流器1021具体可为全功率整流器，第二整流器1022具体可为全功率整流器，第三整流器1023具体可为全功率整流器，逆变器1024具体可为全功率逆变器。
22.第一整流器1021用于根据第一交流电压信号u1生成第一直流电压信号ud1，以及根据第一交流电流信号i1生成第一直流电流信号id1，第一整流器1021输出功率为p1，工作效率为η1，则：
[0023][0024]
第二整流器1022用于根据第二交流电压信号u2生成第二直流电压信号ud2，以及根据第二交流电流信号i2生成第二直流电流信号id2，第二整流器1022输出功率为p2，工作效率为η2，则：
[0025][0026]
第三整流器1023用于根据第三交流电压信号u3生成第三直流电压信号ud3，以及根据第三交流电流信号i3生成第三直流电流信号id3，第三整流器1023输出功率为p3，工作效率为η3，则：
[0027][0028]
基于上述对本技术实施例中第一整流器1021、第二整流器1022、第三整流器1023和逆变器1024的连接方式的阐述，不难看出，第一整流器1021、第二整流器1022和第三整流器1023在直流侧串联连接，再与逆变器1024直流输入端连接，逆变器1024直流输入第四直流电压信号ud4，逆变器1024直流输入第四直流电流信号id4，其中第四直流电压信号ud4和第四直流电流信号id4可基于以下公式获得：
[0029]
id4＝id3＝id2＝id1
[0030][0031]
逆变器1024用于根据第四直流电压信号ud4生成第四交流电压信号u4，以及根据第四直流电流信号id4生成第四交流电流信号i4，并将第四交流电压信号u4和第四交流电流信号i4输入至并网变压器103。可选地，逆变器1024工作效率为η4，输出功率为p4，则：
[0032][0033]
可选地，本技术实施例中的风电机组101可以包括第一风机和第二风机，如图2所示，风机可以包括第一风机中的第一风轮2011以及第二风机中的第二风轮2012，电机可以包括第一风机中的第一电机2021和第二风机中的第二电机2022，其中第一电机2021可以为单转子单绕组电机；第二电机2022可以为双绕组单转子电机，包括转子、第一定子绕组和第二定子绕组。
[0034]
第一风机中，第一风轮2011与第一电机2021(具体为第一风轮2011与第一电机2021的转子)连接，第一电机2021的输出端作为电机机组101的第一输出端，第一风轮2011在风力的作用下转动，带动第一电机2021的转子转动，使得第一电机2021在第一风轮2011带动第一电机2021的转子转动时，从输出端即风电机组101的第一输出端输出第一交流电压信号u1和第一交流电流信号i1。
[0035]
第二风机中，第二风轮2012与第二电机2022(具体为第二风轮2012与第二电机2022的转子)连接，第二电机2022的第一输出端作为风电机组101的第二输出端，第二电机2022的第二输出端作为风电机组101的第三输出端。第二风轮2012在风力的作用下转动，带动第二电机2022的转子转动，使得第二电机2022，具体为第二电机2022中的第一定子绕组，在第二风轮2012带动第二电机2022的转子转动时，从第二电机2022的第一输出端即风电机组101的第二输出端输出第二交流电压信号u2和第二交流电流信号i2，同时使得第二电机2022，具体为第二电机2022中的第二定子绕组，在第二风轮2012带动第二电机2022的转子转动时，从第二电机2022的第二输出端即风电机组101的第三输出端输出第三交流电压信号u3和第三交流电流信号i3。
[0036]
本技术实施例提出的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统，风轮和与风轮对应的电机连接，风电机组的第一输出端与第一整流器的输入端连接，风电机组的第二输出端与第二整流器的输入端连接，风电机组的第三输出端与第三整流器的输入端连接，第一整流器的输出正端与逆变器的输入正端连接，第一整流器的输出负端与第二整流器的输出正端连接，第二整流器的输出负端与第三整流器的输出正端连接，第三整流器的输出负端与逆变器的输入负端连接，逆变器的输出端与并网变压器连接。本技术实施例提出的直流串联三输入单输出统一并网风力发电系统，采用两个三叶片风轮，拖动两台永磁同步发电机，经全功率四端口变流器连接并网，实现了直流母线串联抬升直流电压功能，本技术通过搭配使用单转子单绕组永磁同步发电机和双绕组单转子永磁同步发电机替换传统发电机，增加了气动能量捕获能力，提高了系统的能量利用率，提高了机组能量密度和发电效率，增强了系统故障冗余度和可靠性；通过提高变流系统的直流母线电压等级，提升了系统输出功率，同时可以抬高交流输出侧的电压等级，增加机组输出能力，减少系统线路损耗，降低系统控制复杂度，提高系统的并网发电效率。
[0037]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0038]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0039]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0040]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0041]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0042]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。