具有黑启动功能的风储一体变流器及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种具有黑启动功能的风储一体变流器及风力发电机组。


背景技术：

2.现有技术的风电变流器，在电网掉电，只剩下风机辅电系统存在时，无法快速实现黑启动，无法给电网提供电压和频率的参考，造成系统的不稳定性，微电网的运行也缺乏保障，电网孤岛时会快速脱网，无法保证稳定并网运行；
3.中国实用新型专利202010051875.x，公开了一种风机组变流器及利用其实现的黑启动方法，：包括变流控制器、直流母线、支撑电容、
4.chopper电路、机侧变流器、网侧变流器、备用电源系统；所述机侧变流器与网侧变流器之间连接有直流母线，且在该直流母线上从机侧变流器往网侧变流器的方向依次连接有支撑电容、chopper电路和备用电源系统，所述机侧变流器、备用电源系统、网侧变流器分别与变流控制器连接，所述变流控制器分别与风电机组的主控系统、并网断路器通讯连接，所述并网断路器连接风电机组的升压变压器与发电机，由变流控制器进行控制，且所述变流控制器还监测变流器机侧交流信号、变流器网侧交流信号和直流母线电压；其中，在失去电网电力的情况下，所述备用电源系统由变流控制器进行控制，通过网侧变流器为风电机组的辅电系统供电，通过机侧变流器为风电机组的发电机转子提供建立励磁电压所需的电能，且在黑启动过程中，所述备用电源系统的供电能力满足风电机组完成多次黑启动流程的功率损耗。
5.该黑启动方法存在以下缺点：
6.一，以断路器作为并网开关，断路器寿命低而且能承受的动作次数少；
7.二、网侧未加熔断器作保护，当电池通过dc-dc变换器给所述母线电容充电过快时会导致整个系统的烧坏；
8.三、缺少电池的pcs辅电电源，安合性能差，若整个系统完全失电，由于无pcs辅电电源去启动pcs控制器，备用电源(电池)由于缺少控制指令，其与变流器控制器无法启动，变流器控制器都未启动，辅电系统根本就没有作用；
9.四、变流器母线与电池之间无短路保护措施，不符合实际工程应用；
10.五、其辅电系统是从变流器取电，需要的能量功率较大，而且需要用到变压器，成本较高，该辅电系统也是不间断工作，造成能源浪费。


技术实现要素：

11.本实用新型要解决的技术问题是提出一种具有黑启动功能的风储一体变流器，该具有黑启动功能的风储一体变流器控制系统的辅电系统单元在储能单元取电，取电未采用变压器，辅电系统单元功率小，当正常并网时，所述辅电系统处于休眠状态，节省成本；电网与风力发电机之间使用断路器加并网开关对黑启动过程进行保护，储能单元具有pcs辅电
电源，系统完全失电时由pcs辅电电源去启动pcs控制器，再启动变流器控制器，安全性能好；变流器的网侧黑启动时，在软启回路加入熔断器，更加安全地控制因黑启动充电过高导致的问题。
12.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有黑启动功能的风储一体变流器，包括网侧变换器、机侧变换器、变流器控制器、pcs系统单元，所述网侧变换器通过变压器t1及主断路器qf与电网连接，所述机侧变换器与风力发电机连接，所述网侧变换器及所述机侧变换器通过母线电容c2连接，所述电网通过变压器t1、主断路器qf及并网接触器k3与风力发电机连接；
13.所述pcs系统单元包括pcs组件单元、储能单元、pcs控制器、dc-ac电源变换器、辅电系统单元及pcs辅电电源，所述pcs组件单元通过第一黑启动回路与所述母线电容c2连接，所述第一黑启动回路包括并联在一起的直流回路及第一软启回路，所述第一软启回路包括串联连接的第一软启电阻r1及第一软启接触器k2，所述直流回路包括第一直流接触器k1；
14.所述pcs组件单元与所述储能单元连接，所述储能单元与所述pcs辅电电源连接，所述pcs辅电电源与所述pcs控制器连接；
15.所述储能单元通过所述dc-ac电源变换器与所述辅电系统单元连接，所述辅电系统单元与所述变流器控制器连接，所述变流器控制器与所述主控制器连接，所述dc-ac电源变换器、辅电系统单元、变流器控制器及主控制器构成第二黑启动回路；
16.当电网掉电而pcs系统单元带电时，所述储能单元通过所述pcs组件单元给所述变流器的母线电容c2进行充电，在所述变流器的母线电压达到一定值后，所述网侧变换器通过主断路器qf逆变出一个参考电网电压，再通过所述机侧变换器在发电机定子侧逆变出与所述参考电网电压同频同相的电压，风力发电机正常并网运行。
17.优选地，当所述电网及pcs系统单元全部断电时，所述pcs辅电电源给所述pcs控制器供电，所述pcs控制器控制储能单元给所述变流器的母线电容c2进行充电，当变流器的母线电压达到一定值时，激活所述变流器控制器，利用网侧变换器逆变出一个电网电压；所述pcs控制器控制所述储能单元通过所述dc-ac电源变换器给所述辅电系统单元供电，所述变流器控制器控制所述辅电系统单元给所述主控制器供电；所述网侧变换器通过主断路器qf逆变出一个参考电网电压，通过所述机侧变换器在风力发电机定子侧逆变出与所述参考电网电压同频同相的电压，风力发电机正常并网运行。
18.优选地，在风力发电机正常并网运行后，所述网侧变换器通过所述pcs组件单元对所述储能单元进行充电。
19.优选地，所述网侧变换器包括网侧滤波电感、网侧滤波电容，所述机侧变换器包括机侧滤波电感及机侧rc滤波组件。
20.优选地，所述pcs组件单元包括dc-dc电源变换器、直流滤波电感觉l1、滤波电容c1、第二直流接触器k4、第二软启接触器k5、第二软启电容r2及隔离开关qs；所述储能单元通过串联连接的所述隔离开关qs、第二熔断器fu2、第三熔断器fu3、直流接触器k4及直流滤波电感、滤波电容c1与所述dc-dc电源变换器连接，所述直流滤波电感觉l1的一端连接滤波电容c1，所述滤波电容c1的另一端连接所述dc-dc电源变换器的一输入端，所述第二直流接触器k4再并联第二软启回路，所述第二软启回路包括串联连接的第二软启接触器k5及第二
软启电容r2；所述dc-dc电源变换器输出端通过所述第一黑启动回路与所述变流器的母线电容c2连接。
21.优选地，所述pcs组件单元还包括第二熔断器fu2及第三熔断器fu3，所述隔离开关qs输出正负端分别与所述第二熔断器fu2一端及第三熔断器fu3一端连接，所述第二熔断器fu2另一端与所述第二直流接触器k4连接，所述第三熔断器fu3另一端与所述dc-dc电源变换器的一输入端连接。
22.优选地，所述储能单元为超级电容电池或者锂超容电池或者锂电池。
23.优选地，所述第一软启回路还包括第一熔断器fu1，所述第一熔断器fu1与所述第一软启接触器k2及第一软启电阻r1串联连接。
24.为解决上述技术问题，本实用新型还公开了一种风力发电机组，采用上述所述的具有黑启动功能的风储一体变流器。
25.采用上述系统之后，具有黑启动功能的风储一体变流器，包括网侧变换器、机侧变换器、变流器控制器及pcs系统单元，所述网侧变换器通过变压器t1及主断路器qf与电网连接，所述机侧变换器与风力发电机连接，所述网侧变换器及所述机侧变换器通过母线电容c2连接，所述电网通过变压器t1、主断路器qf及并网接触器k3与风力发电机连接；所述pcs系统单元包括pcs组件单元、储能单元、pcs控制器、dc-ac电源变换器、辅电系统单元及pcs辅电电源，所述pcs组件单元通过第一黑启动回路与所述母线电容c2连接，所述第一黑启动回路包括并联在一起的直流回路及第一软启回路，所述第一软启回路包括串联连接的第一软启电阻r1及第一软启接触器k2，所述直流回路包括第一直流接触器k1；所述pcs组件单元与所述储能单元连接，所述储能单元与所述pcs辅电电源连接，所述pcs辅电电源与所述pcs控制器连接；所述储能单元通过所述dc-ac电源变换器与所述辅电系统单元连接，所述辅电系统单元与所述变流器控制器连接，所述变流器控制器与所述主控制器连接，所述dc-ac电源变换器、辅电系统单元、变流器控制器及主控制器构成第二黑启动回路；当电网掉电而pcs系统单元带电时，所述储能单元通过所述pcs组件单元给所述变流器的母线电容c2进行充电，在所述变流器的母线电压达到一定值后，所述网侧变换器通过主断路器qf逆变出一个参考电网电压，再通过所述机侧变换器在发电机定子侧逆变出与所述参考电网电压同频同相的电压，风力发电机正常并网运行；该具有黑启动功能的风储一体变流器控制系统的辅电系统单元在储能单元取电，取电未采用变压器，辅电系统单元功率小，当正常并网时，所述辅电系统处于休眠状态，节省成本；电网与风力发电机之间使用断路器加并网开关对黑启动过程进行保护，储能单元具有pcs辅电电源，系统完全失电时由pcs辅电电源去启动pcs控制器，再启动变流器控制器，安全性能好；变流器的网侧黑启动时，在软启回路加入熔断器，更加安全地控制因黑启动充电过高导致的问题。
附图说明
26.图1为现有技术的风机组变流器及利用其实现的黑启动方法的示意图；
27.图2为本实用新型一种具有黑启动功能的风储一体变流器的结构图；
28.图3为本实用新型一种具有黑启动功能的风储一体变流器的pcs系统单元的结构图。
具体实施方式
29.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
30.实施例一
31.请参阅图2，图2为本实用新型一种具有黑启动功能的风储一体变流器结构图；
32.本实施例公开了一种具有黑启动功能的风储一体变流器，包括网侧变换器101、机侧变换器102、变流器控制器103及pcs系统单元40，网侧变换器101通过变压器t1及主断路器qf与电网连接，机侧变换器102与风力发电机20连接，网侧变换器101及机侧变换器102通过母线电容c2连接，电网通过变压器t1、主断路器qf及并网接触器k3与风力发电机20连接；
33.pcs系统单元40包括pcs组件单元41、储能单元42、pcs控制器43、dc-ac电源变换器45、辅电系统单元46及pcs辅电电源44，所述pcs组件单元通过第一黑启动回路与所述母线电容c2连接，第一黑启动回路包括并联在一起的直流回路及第一软启回路，第一软启回路包括串联连接的第一软启电阻r1及第一软启接触器k2，直流回路包括第一直流接触器k1；
34.pcs组件单元41与储能单元42连接，储能单元42与pcs辅电电源44连接，pcs辅电电源44与pcs控制器43连接；
35.储能单元42通过dc-ac电源变换器与辅电系统单元46连接，辅电系统单元46与变流器控制器103连接，变流器控制器103与主控制器50连接，dc-ac电源变换器45、辅电系统单元46、变流器控制器403及主控制器50构成第二黑启动回路；
36.当电网掉电而pcs系统单元带电时，储能单元42通过pcs组件单元41给所述母线电容c2进行充电，在变流器的母线电压达到一定值后，网侧变换器101通过主断路器qf逆变出一个参考电网电压，再通过机侧变换器102在发电机定子侧逆变出与所述参考电网电压同频同相的电压，风力发电机20正常并网运行。
37.当所述电网及pcs系统单元40全部断电时，pcs辅电电源44给pcs控制器43供电，pcs控制器43控制储能单元42给母线电容c2进行充电，当变流器的母线电压达到一定值时，激活所述变流器控制器103，利用网侧变换器101逆变出一个电网电压；pcs控制器43控制储能单元42通过dc-ac电源变换器45给辅电系统单元46供电，所述变流器控制器103控制辅电系统单元46给所述主控制器供电；网侧变换器101通过主断路器qf逆变出一个参考电网电压，通过机侧变换器102在风力发电机20定子侧逆变出与所述参考电网电压同频同相的电压，风力发电机20正常并网运行。
38.实施例二
39.本实施例以实施例一为基础，在本实施例中，
40.网侧变换器101包括网侧滤波电感、网侧滤波电容，机侧变换器102包括机侧滤波电感及机侧rc滤波组件。
41.pcs组件单元41包括dc-dc电源变换器411、直流滤波电感觉l1、滤波电容c1、第二直流接触器k4、第二软启接触器k5、第二软启电容r2及隔离开关qs；储能单元42通过串联连接的隔离开关qs、第二熔断器fu2、第三熔断器fu3、直流接触器k4及直流滤波电感、滤波电容c1与dc-dc电源变换器411连接，直流滤波电感觉l1的一端连接滤波电容c1，滤波电容c1的另一端连接所述dc-dc电源变换器的一输入端，第二直流接触器k4再并联第二软启回路，
第二软启回路包括串联连接的第二软启接触器k5及第二软启电容r2；dc-dc电源变换器411输出端通过所述第一黑启动回路与母线电容c2连接。
42.实施例三
43.本实施例以实施例一为基础，在本实施例中，
44.pcs组件单元41还包括第二熔断器fu2及第三熔断器fu3，隔离开关qs输出正负端分别与所述第二熔断器fu2一端及第三熔断器fu3一端连接，第二熔断器fu2另一端与所述第二直流接触器k4连接，所述第三熔断器fu3另一端与dc-dc电源变换器411的一输入端连接。
45.所述第一软启回路还包括第一熔断器fu1，所述第一熔断器fu1与所述第一软启接触器k2及第一软启电阻r1串联连接。
46.实施例四
47.本实施例以实施例一为基础，在本实施例中，
48.在本实施例中，储能单元42为超级电容电池或者锂超容电池或者锂电池。
49.实施例五
50.本实施例公开了一种风力发电机组，在本实施例中，所述风力发电机组采用实施一至六任一所述的具有黑启动功能的风储一体变流器。
51.该具有黑启动功能的风储一体变流器控制系统的辅电系统单元在储能单元取电，取电未采用变压器，辅电系统单元功率小，当正常并网时，所述辅电系统处于休眠状态，节省成本；电网与风力发电机之间使用断路器加并网开关对黑启动过程进行保护，储能单元具有pcs辅电电源，系统完全失电时由pcs辅电电源去启动pcs控制器，再启动变流器控制器，安全性能好；变流器的网侧黑启动时，在软启回路加入熔断器，更加安全地控制因黑启动充电过高导致的问题。
52.应当理解的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，不能因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。