[發明專利]風力發電機組及其控制方法、裝置、計算機可讀存儲介質

在審

• 申請號: 202310552920.3
• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116316859A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 李昂;艾斯卡爾
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/00;H02P9/10;F03D9/25;F03D7/02;H02P101/15;H02P103/10
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 田碩;王兆賡

本公開提供一種風力發電機組及其控制方法、裝置、計算機可讀存儲介質，風力發電機組包括：發電機；轉子回路，連接在發電機的轉子和并網點之間；短路開關，連接在發電機的轉子與短路點之間；定子回路，連接在發電機的定子和并網點之間，定子回路包括全功率變流器、定子開關和旁路開關，其中，全功率變流器和定子開關串聯連接之后與旁路開關并聯連接。本公開能夠在低風速時通過閉合短路開關和定子開關、斷開旁路開關，令轉子回路退出并網，單獨接入帶有全功率變流器的定子回路。此時由于轉子回路退出，全功率變流器又不受轉差影響，所以可以降低葉輪轉速來減小葉尖速比，實現最佳葉尖速比，從而提高風功率捕獲，提升雙饋機組在輕載時的發電效率。

技術領域

本公開涉及風力發電領域，更具體地，涉及一種風力發電機組及其控制方法、裝置、計算機可讀存儲介質。

背景技術

目前并網型風力發電機組存在兩大主流技術路線，一種為直驅型風力發電機組，采用永磁同步發電機來轉換電能，另一種為雙饋型風力發電機組，采用異步發電機來轉換電能，并且異步發電機的定子回路和轉子回路都直接或間接地接入電網，實現雙端饋電，即異步發電機具體為雙饋異步發電機。傳統的雙饋型風力發電機組具體如圖1所示，葉輪1＇帶動齒輪箱2＇，實現風能對機械能的轉換；齒輪箱2＇帶動異步發電機3＇并實現機械能對電能的轉換；異步發電機3＇的定子側通過升壓變壓器4＇升壓并并入風電場內部饋線上；異步發電機3＇的轉子側電能通過機側變流器5＇、網側變流器6＇和升壓變壓器4＇分別進行換流和升壓，最終匯入風電場內部饋線上。在圖1中，無論是變流器的高壓側還是低壓側，工作頻率均為50Hz；此外，升壓變壓器4＇的高壓側一般都為35kV，低壓側電壓等級根據機型不同而不同，一般選用690V占多數。鑒于此，圖1所示的雙饋型風力發電機組也可叫做低壓工頻型雙饋異步風力發電機組。雙饋型風力發電機組具有可以在不同的轉速下實現恒頻發電，滿足用電負載和并網的要求的優勢。

葉尖速比是風力發電機組的一個重要性能指標，指的是風輪葉片尖端線速度與風速之比，葉片越長，或者風輪轉速越快，同風速下的葉尖速比就越大。為增大機組發電量，需要減小葉片設計葉尖速比。對于雙饋型風力發電機組，在低風速時，要想使風輪運行于最佳的葉尖速比，需要風輪轉速隨風速降低而降低，這使得轉差（異步發電機的定子旋轉磁場轉速與轉子轉速之差）過大，而由于轉子電壓與轉差成正比，過大的轉差會造成轉子電壓過高，超出機側變流器的安全工作范圍。因此，為保證機側變流器安全，必須放棄風輪的最佳葉尖速比，即放棄最佳風功率捕獲，導致雙饋機組在輕載時發電效率遠低于直驅機組。

發明內容

因此，如何提升雙饋型風力發電機組在輕載時的發電效率，至關重要。

在一個總的方面，提供一種風力發電機組，所述風力發電機組包括：發電機；轉子回路，連接在所述發電機的轉子和并網點之間；短路開關，連接在所述發電機的轉子與短路點之間；定子回路，連接在所述發電機的定子和所述并網點之間，所述定子回路包括全功率變流器、定子開關和旁路開關，其中，所述全功率變流器和所述定子開關串聯連接之后與所述旁路開關并聯連接。

可選地，所述發電機的定子輸出電壓與所述風力發電機組所并入的電網的電壓相匹配；所述風力發電機組還包括設置在所述轉子回路中的升壓變壓器。

可選地，所述升壓變壓器的容量的取值范圍為所述風力發電機組的容量的20%至35%。

可選地，所述全功率變流器包括以下至少一種：模塊化多電平變流器、模塊化多電平矩陣變流器。

可選地，所述全功率變流器的子模塊包括以下至少一種：半橋子模塊、全橋子模塊、鉗位雙子模塊、五開關子模塊、四電容組合的半橋子模塊。

可選地，所述轉子回路包括依次串聯連接的轉子機側開關、轉子變流器和轉子網側開關，所述轉子機側開關的一端連接在所述發電機的轉子和所述短路開關之間，所述轉子機側開關的另一端連接所述轉子變流器。