[发明专利]一种双馈发电机组交、直流并网系统及方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及风力、水力或者火力发电技术领域，尤其涉及一种双馈发电机组交、直流并网系统及方法与应用。

背景技术

双馈式异步发电机向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和转子经变频器输出的功率。

例如风力机的机械速度是允许随着风速而变化的。通过对发电机的控制使风力机运行在最佳叶尖速比，从而使整个运行速度的范围内均有最佳功率系数。当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩同方向，定子和转子都向电网馈送电功率。风力发电的弃风是由于当地电网接纳能力不足和风电不稳定等自身特点导致的部分风电场风机暂停，弃风限电问题导致的风电场运行经济性下降，弃风限电的主要原因是并网难题，风电出力不稳定，需要其他电源为其提供无偿调峰服务，需建设抽水蓄能、燃气发电等调峰、调频电源，在调峰容量紧缺时，弃风限电特别严重，优化规划电源结构和电网布局，扩大风电消纳市场，还需要通过科技创新，推动风电生产和消费的协调。

与风力发电相似，水力发电中的水轮机也可以根据所在工况下的工作水头、流量等参数通过双馈异步发电机实现变速运行以提高水轮机的运行效率，改善运行状况。

发明内容

本发明的目的在于降低风速波动或水轮机工作水头及流量变化时双馈异步发电机组输出功率对电网的影响，提供一种双馈发电机组交、直流并网系统及方法与应用；将定子绕组输出的较稳定的功率直接并入交流电网，可使双馈异步发电机组作为电网的基本电源，提高电网运行的稳定性；而转子输出的功率则转化为其他形式的能源储存或消耗掉。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双馈发电机组交、直流并网系统，包括测量控制模块、原动机及其传动与增速模块、双馈异步发电机、发电机侧变流器、直流母线、能源转换模块、电网侧整流器、交流母线、升压变压器、交流电网；

所述测量控制模块依次连接原动机及其传动与增速模块、双馈异步发电机、交流母线、升压变压器、交流电网；

所述发电机侧变流器依次连接直流母线、电网侧整流器；

所述能源转换模块还与直流母线连接；

所述发电机侧变流器还与双馈异步发电机连接，所述电网侧整流器还与交流母线连接。

发电机侧变流器连接双馈异步发电机的转子励磁绕组；所述交流母线连接双馈异步发电机的定子绕组。

所述原动机包括风力发电机、水力发电机或者火力发电机。

上述双馈发电机组交、直流并网系统的运行方法如下，

一：测量控制模块，测量双馈异步发电机的转速，并根据双馈异步发电机的转速，确定双馈异步发电机的运行状态；

二：测量控制模块用于控制发电机侧变流器的频率、幅值与相位参数，实现双馈异步发电机的有功、无功解耦控制；

三：原动机及其传动与增速模块，将动能、势能转换为机械能，并通过传动与增速模块提高双馈异步发电机的转速，或不经增速直接驱动双馈异步发电机；

四：双馈异步发电机将机械能转换为电能，双馈异步发电机的定子线圈输出的交流电能，直接送到交流电网；

五：当双馈异步发电机运行于超同步状态时，将双馈异步发电机的转子绕组输出的交流电经发电机侧变流器整流为直流输出到直流母线，供给能源转换模块，将电能转换为热能或氢气能；

六：当双馈异步发电机运行于同步状态时，电网侧整流器将电网交流电整流为直流输出到直流母线，发电机侧变流器将直流母线的直流电压输出到双馈异步发电机的转子励磁绕组；

七：当双馈异步发电机运行于亚同步状态时，电网侧整流器将电网交流电整流为直流输出到直流母线，发电机侧变流器将直流母线的直流电压转换为低频交流输出到双馈异步发电机的转子励磁绕组；