[實用新型]一種發(fā)電場控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN202524355U
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 南寅;王立昌
• 申請（專利權）人: 首瑞（北京）投資管理集團有限公司
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;H02P9/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域：

本實用新型涉及一種發(fā)電場內(nèi)部輸電網(wǎng)絡的系統(tǒng)方案，特別涉及一種通過調(diào)整風力發(fā)電機(即風機)之間串并聯(lián)關系來控制所述風力發(fā)電場的實際輸出電壓系統(tǒng)。?

背景技術：

隨著環(huán)境污染的加劇和異常氣候的頻繁發(fā)生，世界各國對綠色能源的關注程度進一步提高。風電作為一種無廢棄物排放、持續(xù)可再生的綠色能源，已經(jīng)得到了廣泛的關注。以我國為例，中國風電總裝機容量自2007年起已經(jīng)連續(xù)五年翻倍增長，全球風能理事會2012年2月7日發(fā)布報告稱，中國2011年風電裝機容量新增18吉瓦，占全球總增量的2/5，風電累計裝機容量達到62.7吉瓦，處于全球風電利用領袖的地位。?

風能具有蘊藏量大、可再生、分布廣泛、無廢棄物排放等優(yōu)點，但其能量密度低、風力不穩(wěn)定、風能分布地區(qū)差異大。鑒于風能較低的能量密度，通常采用建設大規(guī)模風力發(fā)電場的形式來進行風力發(fā)電，將多臺風力發(fā)電機的電能合并輸出，以獲取足夠的能量供給用戶。由于風能的不穩(wěn)定性，一方面需要通過風場總控系統(tǒng)進行風場出力進行預測和調(diào)控，確保風力發(fā)電場功率輸出的穩(wěn)定，另一方面需要通過風力發(fā)電機復雜的機械和電氣裝置來獲得穩(wěn)定的電壓輸出。以目前較為常用的雙饋變速恒頻型風力發(fā)電機組為例，此種風力發(fā)電機組通過變槳系統(tǒng)、齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機、雙向變流器等多套系統(tǒng)來確保在風力變動時輸出電壓穩(wěn)定在690V左右。?

由于現(xiàn)有的風場控制模式中主要依靠風機自身來確保電壓的穩(wěn)定，這種控制模式導致風機的結構變得復雜、技術難度增加、可靠性降低、成本也難以控制，使得風力發(fā)電在成本上與傳統(tǒng)發(fā)電方法相比失去競爭優(yōu)勢，限制了風力發(fā)電這種綠色能源的推廣。現(xiàn)有風場控制模式忽略了風機之間的協(xié)調(diào)能力，本質(zhì)上只是多臺風力發(fā)電機的簡單疊加，并未真正發(fā)揮多臺風機之間相互組合的集群優(yōu)勢。?

為克服雙饋異步發(fā)電機需配備齒輪箱，控制系統(tǒng)復雜等缺點，有學者提出了采用勵磁電流可調(diào)節(jié)的直流發(fā)電機組方案，其系統(tǒng)結構如圖1所示。當電機轉(zhuǎn)速在一定的變化范圍內(nèi)時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流可以使輸出電壓穩(wěn)定，較雙饋異步發(fā)電機組更適于轉(zhuǎn)速頻繁波動的風力發(fā)電系統(tǒng)。雖然此系統(tǒng)做出了一些改進，但仍需設置勵磁電流調(diào)節(jié)裝置，而且當風速偏離額定值時，勵磁電流需要調(diào)整的幅度急劇增加，當風機轉(zhuǎn)速較小時，甚至難以通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)穩(wěn)定電壓的目的。?

本實用新型針對現(xiàn)有風機及風場控制模式的不足，旨在提出一種簡單有效的風場總輸出電壓控制技術，克服傳統(tǒng)控制模式對風機系統(tǒng)的依賴，降低對風機性能的要求并為風機系統(tǒng)的簡化奠定技術基礎，為降低風力發(fā)電成本提供一種可行途徑。?

實用新型內(nèi)容：

本實用新型要解決的問題是通過調(diào)整風機之間串并聯(lián)關系來控制風力發(fā)電場的實際輸出電壓的方法及系統(tǒng)。?

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種發(fā)電場控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將發(fā)電機產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成發(fā)電場內(nèi)的輸電網(wǎng)絡，電參數(shù)傳感器檢測發(fā)電機的實時參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于：執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。?

進一步地，當執(zhí)行器位于第一位置時，發(fā)電機組之間為并聯(lián)關系；當執(zhí)行器位于第二位置時，發(fā)電機組之間為串聯(lián)關系；當執(zhí)行器位于第三位置時，可將發(fā)電機組從輸電網(wǎng)絡中切除。?

進一步地，所述總控制器可以由在發(fā)電單元中設置地位相等的分控制器替代，分控制器之間通過Modbus進行通訊，協(xié)調(diào)模塊間的線路配合。?

進一步地，所述執(zhí)行器采用具有輔助模塊的接觸器，該輔助模塊可將?接觸器的動作情況反饋給總控制器。?

進一步地，所述總線為Profibus總線。?

進一步地，所述發(fā)電機組為直流發(fā)電機組或者交流發(fā)電機組+AC/DC轉(zhuǎn)換器。?

進一步地，所述發(fā)電場為風力發(fā)電場或者光伏發(fā)電場。?

進一步地，所述發(fā)電機為風力發(fā)電機。?

附圖說明：

圖1是現(xiàn)有的他勵磁式直驅(qū)直流發(fā)電機系統(tǒng)圖；?

圖2示出風機轉(zhuǎn)速對發(fā)電機端電壓的影響；?

圖3是本實用新型中采用的主從結構控制系統(tǒng)示意圖；?

圖4是本實用新型中采用的對等結構控制系統(tǒng)示意圖。?

具體實施方式：