一种港口用分布式风力发电并网系统的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种港口用分布式风力发电并网系统。

背景技术：

能源供应形式的多样化是降低一个国家能源风险、提高能源安全的重要战略之一。21世纪，由于工业化和城市化的驱动，世界能源需求将继续大幅度增长。为了满足日益增长的能源需求，需要开展大规模的能源基础设施建设以增加能源供应能力。但由于资源和环境条件的严重制约，世界能源供应形势面临严峻挑战。

风力发电是当今世界可再生能源开发利用中技术最成熟、最具开发规模和商业化发展前景的发电形式，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、促进可持续发展等方面的突出作用，展现了良好的发展前景，是中国和世界重要的后续能源之一。

风力发电是一种特殊的电力，具有许多不同于常规能源发电的特点。早期的风电场规模很小，风电机组大多采用小容量异步发电机组，风电场直接和配电网相连，满足地区供电需求，风电场给电网带来的影响主要是局部的谐波污染、电压波动及闪变等电能质量问题，不会给大电网的安全稳定运行产生明显影响。

由于风速的波动性、随机性引起风电场输出功率变化，以及风电场一般都处于电网的末端，此处电网的网架结构相对薄弱，因此风电机组并网时输出功率波动和电流冲击可能会出现电网电压波动、线路传输功率超出热极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等一系列问题。因此，必须通过合理的动态并网技术来解决风电机组并网引起的一系列问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单、使用便捷、电力输送稳定，可就近发电就近使用，适用于港口的一种港口用分布式风力发电并网系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种港口用分布式风力发电并网系统，所述系统包括若干台设置在港口空闲部位的风力发电机，每台风力发电机的扇叶依次通过变桨轴承、制动器、低速转轴、变速箱、高速轴与发电机连接；风力发电机的外部设有风机控制器，风机控制器通过上位机发出控制信号用于控制变频器和变桨滑环，变频器内设有变频控制器，变频控制器的信号输入端接收风机控制器发出的控制信号，变频控制器的信号输出端分别与风力发电机侧变频器的信号输入端及电网侧变频器的信号输入端连接，风力发电机侧变频器的信号输出端与风力发电机的定子线圈连接，风力发电机的定子线圈电源输出端与定子并网接触器的一侧接线端子连接，定子并网接触器的另一侧接线端子与升压变压器的初级线圈连接，电网侧变频器的信号输出端与第二并网接触器一侧接线端子连接，第二并网接触器另一侧接线端子也与升压变压器的初级线圈连接，升压变压器的次级线圈通过中压开关与电网连接。

为了简化风力发电机的结构，降低风力发电机的制造成本，优选的技术方案是，所述风力发电机为带滑环的异步电机。

为了便于对风力发电机输出电力的调控，优选的技术方案还有，所述风机控制器内设有依次连接的逆变控制电路、蓄电池过冲过放控制电路、发电机发电功率跟踪电路和检测电路。

为了便于对风力发电机输出电力的调控，优选的技术方案还有，所述风力发电机侧变频器包括有依次连接的第一pwm驱动电路dc/dc变换器和整流电路。

为了便于对风力发电机输出电力的调控，优选的技术方案还有，所述电网侧变频器包括依次连接的第二pwm驱动电路、逆变器、交流负载和蓄电池。

为了便于控制风力发电机扇叶运动状态，优选的技术方案还有，所述变桨滑环被设置在低速转轴上。

为了简化风力发电机的内部结构，提高传动效率，优选的技术方案还有，所述低速转轴与变速箱之间通过联轴器连接，或通过同步轮与同步带连接。

为了确保风力发电机的运行安全，优选的技术方案还有，在所述变速箱的输入端与输出端分别串联连接有制动器。

为了能够及时了解并掌握风力发电机的发电状态，优选的技术方案还有，所述风机控制器的信号输入端分别与温度传感器的信号输出端、风机电流信号输出端、风机电压信号输出端、蓄电池电流信号输出端和蓄电池电压信号输出端连接，其中温度传感器设置在风机的壳体内，风机电流信号输人端连接在风机一组定子线圈的两端，风机电压信号输入端连接在风机两组定子线圈之间。

为了能够及时了解并掌握风力发电机的内部工作状态，优选的技术方案还有，在所述风力发电机的壳体内还设置有led灯和摄像头，led灯和摄像头分别与风机控制器连接用于检测风机内部的工作状态。

本实用新型的优点和有益效果在于：所述港口用分布式风力发电并网系统具有结构简单、使用便捷、电力输送稳定，可就近发电就近使用等特点。分布式风电是指不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入配电网，就近利用的风电开发形式。

该港口用分布式风力发电并网系统采用分布式风电，它还原了风电利用的本质属性——技术驱动。通过智能化、数字化的先进技术提高可靠性和经济性，提升产业发展质量。分布式风力发电系统是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，而发电机通过输电电缆将电能输送电力控制系统和负荷。

该系统采用“自发自用，余电上网”模式，风电机组所发清洁电力主要由企业日常生产使用，多余电量馈入电网。

风机机位点选址主要是港口生产区堆场闲置角落，尽量减小对港口日常生产的影响。

分布式风电系统具有：

(1)环境友好性。相比中东部地区的火电、热电和燃气发电，分布式风电的碳排放为零；占地面积小，利用负荷中心的闲散空地，最大化利用土地资源，保护青山绿水。

(2)经济性。风能资源免费，就地消纳电量充分利用，节省远距离输电的损耗和过高的建设成本，显著降低当地用电电价。

(3)需求及时响应。缩短了电源生产和消费的距离，能够做到需求快速响应、及时调整，满足用户实时变化的用电用能需求。

(4)社会资本广泛参与。吸引社会资本进入，形成星星之火可以燎原之势。自发自用模式使开发主体和用电主体合二为一，将会对我国能源生产和消费的整体格局产生深远影响。

附图说明

图1是本实用新型港口用分布式风力发电并网系统的系统结构图；

图2是本实用新型中风力发电机内部结构的剖视示意图；

图3是本实用新型中风机控制器的电路框图。

图中：1、风力发电机；1.1、变桨轴承；1.2、制动器；1.3、低速转轴；1.4、变速箱；1.5、高速轴；1.6、发电机；2、风机控制器；2.1、逆变控制电路；2.2、蓄电池过冲过放控制电路；2.3、发电机发电功率跟踪电路；2.4、检测电路；3、上位机；4、变频器；4.1、变频控制器；4.2、风力发电机侧变频器；4.21、第一pwm驱动电路；4.22、dc/dc变换器；4.23、整流电路；4.3、电网侧变频器；4.31、第二pwm驱动电路；4.32、逆变器；4.33、交流负载；4.34、蓄电池；5、变桨滑环；6、定子并网接触器；7、升压变压器；8、第二并网接触器；9、中压开关；10、温度传感器；11、led灯；12、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1～3所示，本实用新型是一种港口用分布式风力发电并网系统，所述系统包括若干台设置在港口空闲部位的风力发电机1，每台风力发电机1的扇叶依次通过变桨轴承1.1、制动器1.2、低速转轴1.3、变速箱1.4、高速轴1.5与发电机1.6连接；风力发电机1的外部设有风机控制器2，风机控制器2通过上位机3发出控制信号用于控制变频器4和变桨滑环5，变频器4内设有变频控制器4.1，变频控制器4.1的信号输入端接收风机控制器2发出的控制信号，变频控制器4.1的信号输出端分别与风力发电机侧变频器4.2的信号输入端及电网侧变频器4.3的信号输入端连接，风力发电机侧变频器4.2的信号输出端与风力发电机1的定子线圈连接，风力发电机的定子线圈电源输出端与定子并网接触器6的一侧接线端子连接，定子并网接触器6的另一侧接线端子与升压变压器7的初级线圈连接，电网侧变频器4.3的信号输出端与第二并网接触器8一侧接线端子连接，第二并网接触器8另一侧接线端子也与升压变压器7的初级线圈连接，升压变压器7的次级线圈通过中压开关9与电网连接。

为了简化风力发电机1的结构，降低风力发电机的制造成本，本实用新型优选的实施方案是，所述风力发电机1为带滑环的异步电机。

为了便于对风力发电机1输出电力的调控，本实用新型优选的实施方案还有，所述风机控制器2内设有依次连接的逆变控制电路2.1、蓄电池过冲过放控制电路2.2、发电机发电功率跟踪电路2.3和检测电路2.4。

为了便于对风力发电机1输出电力的调控，本实用新型优选的实施方案还有，所述风力发电机侧变频器4.2包括有依次连接的第一pwm驱动电路4.21、dc/dc变换器4.22和整流电路4.23。

为了便于对风力发电机1输出电力的调控，本实用新型优选的实施方案还有，所述电网侧变频器4.3包括依次连接的第二pwm驱动电路4.31、逆变器4.32、交流负载4.33和蓄电池4.34。

为了便于控制风力发电机1的扇叶运动状态，本实用新型优选的实施方案还有，所述变桨滑环5被设置在低速转轴1.3上。

为了简化风力发电机1的内部结构，提高传动效率，本实用新型优选的实施方案还有，所述低速转轴1.3与变速箱1.4之间通过联轴器连接，或通过同步轮与同步带连接。

为了确保风力发电机的运行安全，本实用新型优选的实施方案还有，在所述变速箱1.4的输入端与输出端分别串联连接有制动器1.2。

为了能够及时了解并掌握风力发电机1的发电状态，本实用新型优选的实施方案还有，所述风机控制器的信号输入端分别与温度传感器10的信号输出端、风机电流信号输出端、风机电压信号输出端、蓄电池电流信号输出端和蓄电池电压信号输出端连接，其中温度传感器10设置在风机的壳体内，风机电流信号输人端连接在风机一组定子线圈的两端，风机电压信号输入端连接在风机两组定子线圈之间。

为了能够及时了解并掌握风力发电机的内部工作状态，本实用新型优选的实施方案还有，在所述风力发电机的壳体内还设置有led灯11和摄像头12，led灯11和摄像头12分别与风机控制器连接用于检测风机内部的工作状态。

在笨实用新型中分布式风电系统的风机选用水平轴、上风向式、三叶片、变速变桨风力机型。风机安全等级为ieciiib类及以上。风机的机头罩内装备有精密激光测风雷达，具有超低转速叶片安全静音运行、机器视觉24小时智能监测叶片质量与运行状态、智能传感确保关键承载结构连接安全、叶片融冰功能等智能技术确保分布式风电绝对安全。

建设期间风机基础土建施工、风机机组吊装、场内继电线路施工会对港口内部生产带来影响，项目建设开始前对设备进场路线、吊装方案、施工周期进行严格评估，提前做好各类突发状况的应急预案，项目建设期间严格把控各建设时间节点，严格执行远景能源风电场建设ehs管理，安全文明施工，将建设期间给港口的生产带来的影响降低到最低等级。

风电机组发电运行阶段，2.5mw风电机组具有技术成熟、故障率低、噪音低、安全性高等特点，每台风机的选址与港口生产密集区保持一定的安全距离，项目建成之后对港口的正常生产基本无影响。

该分布式风力发电系统应用在港口等地。

技术使用范围和应用条件

技术应用的专业领域

分布式发电系统可应用在生产用电量大的，比如港口码头、钢铁等企业领域内。

应用该技术所需具备的各项条件

分布式风力发电系统场址区110m高度年平均风速在5.40m/s，风功率密度为154.1w/m2，场址区140m高度年平均风速在5.83m/s，风功率密度为190.3w/m2。

技术效益分析

节能低碳效益

分布式风力发电系统：如某港口共实施安装了9台分布式风力发电系统(6台2.2mw、2台2.5mw、1台3mw)，总装机容量为21.2mw，年上网电量为4934万kwh，折合14950.02tce/年。

经济效益

分布式风力发电系统：参照某港口实施合同能源管理模式21.2mw项目，年累计用电3500万kwh，年上网电量为4934万kwh，上网电量的60％可用于(即4934×60％＝2960万kwh)，用于电量电费单价0.65元/kwh计算，国家电网用电标准0.72元/kwh计算，实施项目前需每年给国家电网3500×0.72＝2520万，实施项目后年可节省电费2520-(2960×0.65)-(3500-2960)×0.72＝207万，经济效益十分明显。

社会效益

分布式风力发电系统节能量折合14950.02tce/年，同时相应每年可减少燃煤所造成的多种有害气体的排放，其中二氧化硫(so2)390.77t，氮氧化合物(nox)113.98t，减排温室效应性气体二氧化碳(co2)4.23万t。

开发利用风力资源是调整能源结构、实施能源可持续发展的有效手段。同时既没有燃料的消耗，又没有废水、废气和废渣的排放，促进了当地经济发展的同时，不会破坏原有的生态环境和人居环境，是解决能源紧缺最佳电源选择。

分布式风力发电系统适用于用电量较大且沿江、沿海风力资源较好的港口企业，每台风力发电机组占地面积较小，施工阶段每个基础占地400平方米，项目建成基础回填后实际占地约30平方米。港口企业内部堆场闲置场地较多，可充分利用。

采用合同能源的方式进行用电结算。一个兆瓦平均年可发电量为240万kwh，折合727.2tce/年，减排温室效应性气体二氧化碳(co2)2060t。

存在障碍及支撑措施

分布式风力发电系统需对当地的风力资源进行实测、场地基本地质条件进行勘查，进行可行性报告分析。同时风电出力变化是随机且不可控的，对电网安全经济稳定运行存在一定的影响，在一个地区大规模建设风电场后对系统的影响需要做进一步深入研究。建议上级主管部门加大宣传力度，扩大影响范围，同时建议优化项目申报和审批手续。虽然此项目可使用合同能源管理的方式合作，但建议主管部门也给予部分资金补贴，提高项目单位的建设积极性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。