[發明專利]一種一體化風力發電電氣系統

無效

• 申請號: 201310311678.7
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103343729A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 董祖毅;馬成斌;孫佳林;趙金良
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 李征旦

技術領域

本發明屬于控制技術和電力電子技術領域，具體涉及一種一體化風力發電電氣系統。

背景技術

隨著風力發電技術的發展和進步，出于經濟性的考慮，當前的風電單機容量越來越高，風機每千瓦造價日趨下降，風機主機廠商對風機電氣系統的價格越壓越低，同時隨著風力發電應用越來越廣，對風力發電電氣系統的可靠性和系統性能要求也越來越高。風力發電電氣系統一般包括主控系統、變槳系統和變流器，主控系統控制風力發電電氣系統的所有部件協調工作，主控系統分為塔底柜和機艙柜。塔底柜實現對電網的監控，包括：電網電壓，電網電流，電網頻率，功率因數，三相均衡等監控。并可對過壓與欠壓，過流與欠流，過頻與低頻，功率因數偏離正常值，電壓缺相等故障發出報警信號;通過帶在柜體上的人機界面來實現對風機的各種控制如手工正常停機，手工緊急停機等;通過通訊模塊來實現與機艙柜、變流器、風場SCADA（Supervisory?Control?And?Data?Acquisition，數據采集與監視控制）系統之間的通訊。機艙柜在塔底柜和變槳系統中間建立一個通訊，塔底柜和機艙柜相互之間通過現場總線進行通訊。變槳系統的所有部件都裝在輪轂內，變槳系統通過對葉片節距角的控制，實現最大風能捕獲以及恒速運行；變流器將不斷變化的風能轉換為頻率、電壓恒定的交流電饋入電網，保證風力發電機組穩定可靠的并網運行。

主控系統和變槳系統作為獨立部件運行時各自CPU（Central?Processing?Unit，中央處理器）完成各自的任務，主控系統和變槳系統之間通過通信接口互通信息協調運行，主控系統和變流器之間通過通信接口互通信息協調運行，這樣導致風力發電電氣系統的響應速度慢，主控系統和變流器有各自的人機交互界面和電涌保護器。主控系統、變流器和變槳系統作為獨立產品，在外設如人機交互界面、電涌保護器和通信接口上需要重復，且各獨立產品運行所需耗費的運行時間較長，成本偏高、資源浪費嚴重，系統的可靠性和實時性差。

鑒于當前控制技術和電力電子技術的發展，以及對風機運行要求理解度加深，將主控系統、變流器及變槳系統整合，采用自上而下的設計思想，是滿足風力發電電氣系統降低成本，提高系統可靠性和實時響應性的最好設計理念，目前并沒有合適的技術方案實施這一設計理念。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷而提供一種一體化風力發電電氣系統，將控制系統、變流器及變槳系統整合、統一設計，提高了系統的可靠性和實時性能，能夠降低風力發電電氣系統的制造成本和維護成本。

實現上述目的的技術方案是：一種一體化風力發電電氣系統，包括風場中控室、主控系統、變流器、安全鏈、滑環和變槳系統，所述主控系統包括塔底柜和機艙柜，所述塔底柜包括人機界面、交換機、安全CPU、主控CPU、I/O模塊和安全模塊，所述機艙柜包括與所述I/O模塊相連的遠程I/O，其中：

所述人機界面與所述主控CPU相連；

所述交換機通過工業以太網與所述風場中控室和所述主控CPU相連；

所述主控CPU與所述I/O模塊相連；

所述主控CPU通過光纖與所述變流器相連；

所述主控CPU由現場總線通過所述滑環與所述變槳系統相連；

所述主控CPU通過現場總線與所述安全CPU相連；

所述安全CPU通過現場總線與所述安全模塊相連；

所述安全模塊與所述安全鏈相連；

所述安全鏈與所述變流器相連。

上述的一體化風力發電電氣系統，其中，所述主控CPU用于控制所述變槳系統和所述變流器；

所述主控CPU發出變槳系統控制信號，并由現場總線通過所述滑環把變槳系統控制信號傳給所述變槳系統，所述變槳系統根據接收的主控CPU發出的變槳系統控制信號捕捉風能，所述變槳系統的反饋信號由現場總線通過所述滑環傳給所述主控CPU；

所述主控CPU發出功率曲線信號，并通過光纖把變功率曲線信號傳給所述變流器，所述變流器根據接收的主控CPU發出的功率曲線信號將不斷變化的風能轉換為頻率、電壓恒定的交流電；

當所述變槳系統或變流器出現故障時，所述主控CPU完成故障錄波，并通過工業以太網把故障錄波傳給所述交換機，所述交換機把接收的故障錄波通過工業以太網傳給所述風場中控室。