一种发电机组及发电机控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备的技术领域，具体而言，涉及一种发电机组及发电机控制系统。


背景技术：

2.异步发电机发电模式分为亚同步、同步、超同步三种，通过变频器调节历次幅值、频率等，实现定子与电网同步运行。同步及超同步运行模式下，大部分电能由定子直接并网送出，在此两种运行方式下发电效率极高。但存在固有最低并网转速，且定子并网电压是电网电压，不便调节，使机组在小功率运行时性能表现不足。具体的，当转子转速低于最低并网转速时，由于发电机产生的电压不足而无法并网。这就使得发电机组能够并网的转速范围较窄，机组经常脱网，生产力低下。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种发电机组及发电机控制系统，其能够切换定子绕组的连接方式，使其在转子低转速时仍然能够提供符合并网标准的电压。
4.本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：
5.一种发电机组，包括发电机本体和拓扑控制单元；所述发电机本体设置有定子绕组；所述拓扑控制单元用于控制所述定子绕组的连接方式。
6.进一步地，所述拓扑控制单元包括星形切换开关和三角形切换开关；所述星形切换开关接通且所述三角形切换开关断开时，所述定子绕组呈星形连接；所述三角形切换开关接通且所述星形切换开关断开时，所述定子绕组呈三角形连接。
7.进一步地，所述星形切换开关和三角形切换开关均为接触器。
8.进一步地，所述星形切换开关和三角形切换开关均设置有两个；两个所述星形切换开关并联；两个所述三角形切换开关并联。
9.一种发电机控制系统，包括工况监测单元、拓扑控制单元和发电机；所述发电机包括转子和定子；所述工况监测单元用于监测转子的转动工况；所述拓扑控制单元连接于定子绕组；所述拓扑控制单元用于根据工况监测单元的监测数据控制所述定子绕组的连接方式。
10.进一步地，所述工况监测单元包括转速监测器；所述转速监测器用于监测所述转子的转速。
11.进一步地，所述工况监测单元包括流速监测器；所述流速监测器用于监测推动所述转子转动的流体的流速。
12.进一步地，所述流体为气流或水流。
13.一种发电机控制方法，转子转速大于其最低并网转速时，定子绕组切换为三角形连接；转子转速小于最低并网转速时，定子绕组切换为星形连接。
14.本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
15.在风力发电的过程中，风速较小时，发电机转子的转速较小并。此时，定子绕组感应得到的电压不足，使得发电机产生的电压不能并网。此时，拓扑控制单元使得定子绕组的连接方式切换为星形连接方式。根据电学原理，定子绕组输出的电压提升为定子绕组感应电压的倍，进而使得发电机的输出电压达到并网电压的标准。
16.当风速较大时，发电机转子的转速较大。定子绕组的感应电压已经达到并网电压的标准。此时，拓扑控制单元使得定子绕组的连接方式切换为三角形连接方式。根据电学原理，定子绕组输出的电压等于定子绕组的感应电压，进而使得发电机的输出电压满足并网电压的标准。
17.这种发电机组使得定子转速较小时仍然能够进行并网，使得发电机的工作转速范围更广，适应性更强。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本实用新型提供的定子绕组与拓扑控制单元配合的示意图；
20.图2为本实用新型提供的发电机组的示意图。
21.图标：1
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风轮，2
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齿轮箱，3
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变流器，4
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变压器，5
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发电机本体，51
‑ꢀ
定子绕组，6
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拓扑控制单元，61
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星形切换开关，62
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三角形切换开关。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.实施例：
25.如图1和图2，本实用新型提供一种发电机组，包括发电机本体5和拓扑控制单元6。发电机可以是wt1500高原型双馈机组。发电机本体5设置有转子和定子，定子设置有定子绕组51。拓扑控制单元6用于控制定子绕组51的连接方式。定子绕组51的连接方式有三角形连接和星形连接两种方式。拓扑控制单元6即用于切换定子绕组51的两种连接方式。发电机组还包括风轮1、齿轮箱2、变流器3和变压器4等部件。
26.在风力发电的过程中，风速较小时，发电机转子的转速较小并。此时，定子绕组51感应得到的电压不足，使得发电机产生的电压不能并网。此时，拓扑控制单元6使得定子绕组51的连接方式切换为星形连接方式。根据电学原理，定子绕组51输出的电压提升为定子
绕组51感应电压的√3倍，进而使得发电机的输出电压达到并网电压的标准。
27.当风速较大时，发电机转子的转速较大。定子绕组51的感应电压已经达到并网电压的标准。此时，拓扑控制单元6使得定子绕组51的连接方式切换为三角形连接方式。根据电学原理，定子绕组51输出的电压等于定子绕组51的感应电压，进而使得发电机的输出电压满足并网电压的标准。
28.例如：电网(箱变)电压始终是690v，定子绕组51为三角形连接时，绕组电压为690v。当定子绕组51转换成星型连接后，箱变电压仍为690v，依据电路原理，此时绕组感应电压只需400v，发电机端电压即可达到690v，完成并网发电。
29.箱变始终是690v，当双馈电机定子绕组51为三角连接时，定子绕组 51电压就是箱变电压，发电机内部绕组电动势为690v，对应的励磁电流为 260a。当双馈电机定子改为星型连接后，箱变电压仍是690v。依据电路原理，由星接方式产生690v电压，电机内部定子绕组51电压降低到＝400v，由于电机内部定子绕组51感应电势降低，此时电机内部主磁通大幅下降，由于只需感应出400v电压即可，此时励磁电流降低到90a(电机电磁关系的非线性)。电机内部电压降低，而铁耗系数不变，因此电机铁耗大幅降低，降低到原来的1/3左右，由原来的30kw降低到10kw。由于电机主磁通的降低，因此双馈电机的转子开路电压也大幅降低，由原来的2250v降低到1300v，而变流器3的输出能力不变，仍为690v，因此并网转速由原来的1350rpm 降低到1000rpm。运行转速降低，整个机组的机械摩擦损耗同步降低。
30.本实用新型的发电机组具有如下优点：
31.降低了双馈机组的并网转速。实例中，原并网转速为1350rpm降至 1000rpm，使叶片始终处于最优cp曲线运行，低风速下机组捕风性能提升显著。
32.实现发电系统智慧变拓扑运行，从而使整机始终处于最优效率运行，通过增加风轮1的捕风能力和降低后端机械和电气损耗提升中低风速下机组的发电量。
33.减少了传动链机械损耗，在相同发电功率下，转速越高，摩擦损耗越高，传动效率降低，通过降低传动链转速，可减少传动链的机械损耗。
34.降低电磁损耗，通过中小功率运行时电路的结构变换，对双馈发电机进行了硬件弱磁，低风速时双馈电机的铁耗和变频器励磁损耗均降低。
35.减少机组散热系统自耗电，由于齿轮箱2、发电机、变频器损耗降低，发电量减少，散热系统自耗电可相应减少。
36.减少脱网次数，由于降低了并网转速，风力发电机组在低风速下仍可并网运行，减少了总的脱网次数。
37.本实施例中，拓扑控制单元6包括星形切换开关61和三角形切换开关 62。星形切换开关61和三角形切换开关62可以是接触器，也可以是其他类型的开关。星形切换开关61接通且三角形切换开关62断开时，定子绕组51呈星形连接。三角形切换开关62接通且星形切换开关61断开时，定子绕组51呈三角形连接。
38.当风速较小使得定子绕组51的感应电压小于最低并网电压时，星形切换开关61接通且三角形切换开关62断开。此时，定子绕组51为星形连接，发电机输出的电压为定子绕组51的感应电压的√3倍，满足并网需求。
39.当风速较大使得定子绕组51的感应电压达到最低并网电压时，星形切换开关61断开且三角形切换开关62接通。此时，定子绕组51为三角形连接，发电机输出的电压等于定子
绕组51的感应电压，满足并网需求。
40.本实施例中，星形切换开关61和三角形切换开关62均设置有两个。两个星形切换开关61并联；两个三角形切换开关62也并联。实际使用中，星形切换开关61和三角形切换开关62均可能损坏。采用两个星形切换开关61并联和两个三角形切换开关62并联的方式即可使得其中一个星形切换开关61或三角形切换开关62损坏时，另一个星形切换开关61或三角形切换开关62能够及时投入使用，避免星形切换开关61或三角形切换开关 62损坏导致停机。
41.本实用新型还提供一种发电机控制系统，包括工况监测单元、拓扑控制单元6和发电机。发电机包括转子和定子。工况监测单元用于监测转子的转动工况。拓扑控制单元6连接于定子绕组51。拓扑控制单元6用于根据工况监测单元的监测数据控制定子绕组51的连接方式。
42.转子的转动工况可以是转子的转速也可以是推动转子转动的外力的情况。工况监测单元包括转速监测器。转速监测器用于监测转子的转速。拓扑控制单元6根据转子的转速控制定子绕组51的连接方式。转子转速较高时，拓扑控制单元6将定子绕组51的连接方式切换为三角形连接方式。转子转速较低时，拓扑控制单元6将定子绕组51的连接方式切换为星形形连接方式。
43.本实施例中，工况监测单元包括流速监测器。流速监测器用于监测推动转子转动的流体的流速。风力发电机通过气流来推动转子转动；水力发电机通过水流来推动转子转动。因此，流体为气流或水流。
44.流速监测器用于监测流体的流速。拓扑控制单元6根据流体的流速控制定子绕组51的连接方式。流体的流速较高时，拓扑控制单元6将定子绕组51的连接方式切换为三角形连接方式。流体的流速较低时，拓扑控制单元6将定子绕组51的连接方式切换为星形形连接方式。
45.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。