基于超级电容的定子双绕组式双馈海上风力发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及海上风电机组技术领域，具体为基于超级电容的定子双绕组式双馈海上风力发电系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.定子双绕组式双馈风机存在两个彼此绝缘的定子绕组，其中一个定子绕组的输出直接与电网连接；另一个定子绕组的输出连接网侧变流器，产生的电压为网侧变流器提供交流输入，进而通过转子侧变流器为电机转子输入励磁电流。定子双绕组式双馈风机的网侧变流器不与电网连接，不会将谐波传入电网，适合大容量的海上风力发电系统。
4.但目前的定子双绕组式双馈风机的启动过程存在缺陷：定子双绕组式双馈风机在启动时，需要先从电网获取能量为中间母线充能，而网侧变流器不与电网相连，因此无法从电网获取能量；此外，当电网出现波动或是低电压时，发电系统处于孤网发电状态，由于网侧变流器无法从电网中取得所需的电能，导致发电系统无法启动。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本实用新型提供基于超级电容的定子双绕组式双馈海上风力发电系统，在定子双绕组双馈海上风力发电系统的双变流器中间母线上并入超级电容，使网侧变流器不再从电网取电，能够利用超级电容直接为中间母线充能从而实现启动。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.本实用新型的第一个方面提供基于超级电容的定子双绕组式双馈海上风力发电系统，包括定子双绕组式双馈海上风力发电机，定子双绕组式双馈海上风力发电机包括转子绕组、第一定子绕组和第二定子绕组，第一定子绕组通过第一开关k1连接电网，第二定子绕组通过第三开关k3连接网侧变流器，转子绕组连接转子侧变流器；
8.转子侧变流器通过中间母线连接网侧变流器，中间母线通过第二开关k2连接第一超级电容。
9.还包括通过第四开关k4与中间母线连接的第二超级电容。
10.第一超级电容通过第五开关k5连接整流桥，整流桥与电网连接。
11.第一定子绕组通过第一开关k1连接发电变压器，发电变压器与电网连接。
12.还包括撬棒保护装置，撬棒保护装置连接在转子绕组与转子侧变流器之间。
13.转子绕组与齿轮箱的输出轴连接。
14.齿轮箱的输入轴与风机叶片连接。
15.与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
16.1、发电系统的启动过程由超级电容直接为中间母线充能，不需要网侧变流器从电
网取电为中间母线充能，能够解决定子双绕组式双馈海上风力发电机因网侧变流器无法取电从而无法启动的问题。
17.2、可以在中间母线上接入第二超级电容，两组超级电容形成级联，应对发电系统在电网波动以及低电压状态下的储能，或是在转子绕组回路中接入撬棒保护装置，撬棒保护装置与超级电容共同消耗电网电压跌落状态下机组发出的电能，确保机组不脱网，实现低电压穿越功能。
附图说明
18.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
19.图1是本实用新型实施例一提供的海上风力发电系统结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例二提供的海上风力发电系统结构示意图；
21.图3是本实用新型实施例三提供的海上风力发电系统结构示意图；
22.图4是本实用新型实施例四提供的海上风力发电系统结构示意图；
23.图中：1、风机叶片；2、齿轮箱；31、第一定子绕组；32、第二定子绕组；4、转子绕组；5、变压器；6、双变流器；7、第一超级电容；8、第二超级电容；9、整流桥；10、撬棒保护装置。
具体实施方式
24.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
25.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.正如背景技术中所描述的，目前的定子双绕组式双馈风机的启动过程存在缺陷：定子双绕组式双馈风机在启动时，需要先从电网获取能量为中间母线充能，而网侧变流器不与电网相连，因此无法从电网获取能量；此外，当电网出现波动或是低电压时，发电系统处于孤网发电状态，由于网侧变流器无法从电网中取得所需的电能，导致发电系统无法启动。
28.因此，以下实施例给出基于超级电容的定子双绕组式双馈海上风力发电系统，在定子双绕组式双馈海上风力发电系统的双变流器中间母线上接入超级电容，使网侧变流器不在从电网取电，而是通过超级电容直接为中间母线充能从而完成发电系统的启动，启动完成后转子侧产生的电能为超级电容充能为下一次启动做准备，超级电容可以通过与连接整流桥在电网电压过低或波动状态下为该超级电容充能，也可以连接撬棒保护装置共同消耗掉孤网发电时产生的电能。
29.实施例一：
30.如图1所示，本实施例的目的是提供基于超级电容的定子双绕组式双馈海上风力发电系统，包括定子双绕组式双馈海上风力发电机组，定子双绕组式双馈海上风力发电机组具有第一定子绕组31、第二定子绕组32和转子绕组4，第一定子绕组31通过变压器5与电网连接，第二定子绕组32通过双变流器6与转子绕组4连接；
31.双变流器6包括转子侧变流器和网侧变流器，两变流器通过中间母线连接。
32.转子侧变流器和网侧变流器之间的中间母线连接超级电容。
33.本实施例中，第一超级电容7接入中间母线。
34.齿轮箱2的输出轴与转子绕组4连接，输入轴与风机叶片1连接。
35.在风力推动下，风机叶片1旋转，带动齿轮箱2工作，转子绕组4与定子绕组之间发生相对运动产生电能。
36.本实施例中的定子双绕组式双馈海上风力发电机组包括两个绕组：第一定子绕组31和第二定子绕组32；两个绕组位于同一个定子槽内，彼此之间相互绝缘；其中，第一定子绕组31为主绕组，其输出直接与电网连接；第二定子绕组32的输出连接网侧变流器，其产生的电压为网侧变流器提供交流输入，通过转子侧变流器为电机转子输入励磁电流。本实施例中的定子双绕组式双馈风机的网侧变流器不再与电网连接，不会将谐波传入电网，同时降低了制造成本。
37.发电系统在调试完成后，可以通过充能接口将第一超级电容7充至满值，启动过程如下：闭合开关k2，第一超级电容7直接向双变流器6的中间母线充能至电压稳定，启动转子侧变流器(图2中的ac/dc变流器)，定子中耦合出的电压稳定后，闭合开关k1，使发电系统通过变压器5接入电网并网发电。最后闭合开关k3，电能经网侧变流器流向的中间母线充能(此时发电系统已经并网发电，第二定子绕组32中产生工频电压)，并向第一超级电容7补充能量，当第一超级电容7的电能积蓄到够下一次启动的能量时断开k2，启动过程结束。
38.上述定子双绕组双馈海上风力发电系统中，发电系统的启动过程由超级电容直接为中间母线充能，不需要网侧变流器从电网取电为中间母线充能，能够解发电机因网侧变流器无法取电从而无法启动的问题。
39.实施例二：
40.如图2所示，本实施例在实施例一的基础上，利用整流桥9将第一超级电容7与变压器5连接，变压器5与电网连接。
41.当发生电网电压剧烈波动，或是电网电压瞬时跌落时，超级电容可能无法充满能量从而不满足启动要求，则将第一超级电容7接入中间母线(闭合开关k2)，第一超级电容7通过整流桥9与变压器5连接，电网即使在波动状态仍然能够产生电流，整流桥9将取自变压器5的交流电转换为直流电为第一超级电容7补充能量(通过闭合开关k5实现)。
42.实施例三：
43.如图3所示，本实施例在实施例一的基础上，将撬棒保护装置10接入转子绕组4与转子侧变流器之间。
44.当发生电网电压剧烈波动，电网电压瞬时跌落时，要求发电机组在0.3s内不能脱网，目前采用撬棒电阻消耗掉发电机组在这段时间内发出的电能，此种方式是对机组发出电能的一种浪费。
45.而本实施中，当电网电压跌落深度较大时(一般超过电网电压40％-80％时)，转子
侧变流器闭锁，同时投入转子回路的撬棒保护装置10和第一超级电容7，达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行。
46.当电网电压跌落较小时(一般为电网电压的20％-30％)，不投入撬棒保护装置10，转子侧变流器不闭锁，照常运行(也可以加大无功输出支撑电网电压恢复)，只投入超级电容即可，此时超级电容自己就可以吸纳多余的电机能量。
47.因此，电压波动期间机组发出的电能同时被撬棒保护装置10与第一超级电容7共同消耗，避免电能浪费，从而实现低电压穿越功能。
48.实施例四：
49.如图4所示，本实施例在实施例二的基础上，在中间母线接入与第一超级电容7并联的第二超级电容8。
50.当发生电网电压剧烈波动，或是电网电压瞬时跌落时，第一超级电容7和第二超级电容8形成级联，电网即使在波动状态仍然能够产生电流，整流桥9将取自电网经变压器5的交流电转换为直流电为第一超级电容7补充能量，电网波动期间发电系统产生的电能由第二超级电容8储存发挥实施例三中撬棒保护装置的功能，能够确保发电系统在电网波动以及低电压状态下，第一超级电容7能够储存有足够的能量用于启动，同时电网波动期间发电系统产生的电能被第二超级电容8吸收，从而避免浪费和机组脱网，实现低电压穿越功能。
51.此时，第一超级电容7和第二超级电容8互为备用，均能够为发电系统的启动过程提供能量为中间母线充能。
52.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。