直接并網發電的風力發電機組及其控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電領域，尤其涉及直接并網發電的風力發電機組及其控制裝置。
【背景技術】
[0002]在風力發電領域主要有兩種不同類型的風力發電方式，即獨立運行的離網型和接入電力系統運行的并網型。其中并網型的風力發電是規模較大的風力發電場，容量大約為幾兆瓦到幾百兆瓦，由幾十臺甚至成百上千臺風電機組構成。并網運行的風力發電場可以得到大電網的補償和支撐，更加充分的開發可利用的風力資源，是國內外風力發電的主要發展方向。
[0003]在并網發電中，可將風力發電產生的電能并入到電網中，目前功率在兆瓦級及以上的大型風力發電機組主要以雙饋型發電機組和直驅型風力發電機組為主。直驅(或半直驅)型風力發電機組使用的發電機由于轉速隨風速的變化而變化，因此發出的電能首先需要通過全功率變頻器逆變才能進行并網發電；而雙饋型風力發電機組需要使用約三分之一機組額定功率容量的雙饋變流器對雙饋發電機轉子加以控制方可并網發電。
[0004]基于上述原因，現有的風力發電機組無法直接完成風力發電機組與傳統的電網直接并網發電，在風力發電機組中還需要使用增速齒輪箱，增速齒輪箱的制造難度較高，還增加了機組制造成本后期運行維護成本。

【發明內容】

[0005]針對現有技術中存在的問題，本發明的目的為提供一種直接并網發電的風力發電機組及其控制裝置，以解決現有技術中無法直接完成風力發電機組與傳統的電網直接并網發電的技術問題。
[0006]為實現上述目的，一方面，
[0007]本發明提供了一種直接并網發電的風力發電機組的控制裝置，所述風力發電機組包括依次連接的葉輪裝置、雙轉子電機和同步發電機，所述控制裝置包括:
[0008]同步發電機控制組件，用于控制所述同步發電機并網以及勵磁調節；
[0009]雙轉子電機控制組件，用于控制雙轉子電機的內轉子和外轉子之間的轉速差，以使所述同步發電機的轉速達到并網轉速，其中所述并網轉速為所述同步發電機并網所需的轉速；
[0010]機組控制組件，與所述雙轉子電機控制組件和所述同步發電機控制組件連接，用于所述風力發電機組、所述雙轉子電機控制組件和所述同步發電機控制組件的協調控制，并在所述同步發電機的轉速達到所述并網轉速后，發出并網指令。
[0011]根據本發明的一個實施例，還包括:
[0012]第一光電編碼器，與所述外轉子同軸設置，用于測量所述外轉子的運行速度，并傳輸至所述雙轉子電機控制組件；
[0013]第二光電編碼器，與所述內轉子同軸設置，用于測量所述內轉子的運行速度，并傳輸至所述雙轉子電機控制組件。根據本發明的另一個實施例，所述同步發電機控制組件與所述同步發電機和所述機組控制組件連接，用于在所述同步發電機的轉速達到所述并網轉速后控制所述同步發電機并網。
[0014]根據本發明的另一個實施例，還包括并網開關，設置于所述機組控制組件或所述同步發電機控制組件內，用于控制將所述同步發電機的定子并入電網。
[0015]另一方面，
[0016]本發明還提供了一種直接并網發電的風力發電機組，包括以上所述的控制裝置。
[0017]根據本發明的一個實施例，還包括葉輪裝置和雙轉子電機，所述雙轉子電機與所述控制裝置中的雙轉子電機控制組件連接。
[0018]根據本發明的另一個實施例，還包括滑環裝置，與所述葉輪裝置和所述控制裝置中的機組控制組件連接，用于根據所述機組控制組件輸出的控制信號調控所述葉輪裝置的轉速。
[0019]根據本發明的另一個實施例，還包括齒輪箱，所述齒輪箱連接所述葉輪裝置和所述雙轉子電機的外轉子，且所述滑環裝置設置于所述齒輪箱上。
[0020]根據本發明的另一個實施例，還包括同步發電機，與所述雙轉子電機、所述機組控制組件和所述控制裝置中的同步發電機控制組件連接。
[0021]根據本發明的另一個實施例，所述同步發電機為自勵同步發電機或它勵同步發電機。
[0022]本發明有益的技術效果在于，通過雙轉子電機控制組件獲得的同步發電機并網所需要的并網轉速以及雙轉子電機的外轉子與內轉子之間的轉速差，對內轉子以及為外轉子之間的轉速差進行控制，以保證同步發電機進行并網的并網轉速。通過該控制裝置，可以實現風力發電機組的直接并網發電，省去傳統風力發電機組并網發電所需的全功率變頻器或雙饋變頻器，節省成本，提高風力發電機組發電的電能質量。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例一提供的直接并網發電的風力發電機組的控制組件的組成結構示意圖。
[0024]圖2為本發明實施例二提供的風力發電機組與直接并網發電的風力發電機組的控制裝置連接的結構示意圖。
[0025]附圖中標記說明如下:
[0026]1、葉輪裝置
[0027]2、第一傳動軸
[0028]3、齒輪箱
[0029]4、第二傳動軸
[0030]5、第一光電編碼器
[0031]6、雙轉子電機
[0032]61、外轉子
[0033]62、內轉子
[0034]7、第二光電編碼器
[0035]8、第三傳動軸
[0036]9、同步電動機
[0037]91、同步發電機定子
[0038]92、同步發電機轉子
[0039]10、機組控制組件
[0040]11、雙轉子電機控制組件[0041 ]12、同步發電機控制組件
[0042]13、電網
【具體實施方式】
[0043]體現本發明特征與優點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是，本發明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的范圍，且其中的說明及附圖在本質上是當作說明之用，而非用以限制本發明。
[0044]為解決上述問題，給出以下幾個實施例對本發明進行解釋和說明。
[0045]實施例一
[0046]本實施例提供了一種直接并網發電的風力發電機組的控制裝置，風力發電機組包括依次連接的葉輪裝置1、雙轉子電機6和同步發電機9，控制裝置包括:
[0047]同步發電機控制組件12，用于控制同步發電機9并網以及勵磁調節，并獲取同步發電機9并網所需的轉速，也就是并網轉速；
[0048]雙轉子電機控制組件11，用于根據同步發電機9的實時狀態控制雙轉子電機6的內轉子62和外轉子61之間的轉速差，以使同步發電機9的轉速達到并網轉速，并在同步發電機9并網后傳遞能量；
[0049]機組控制組件10，與雙轉子電機控制組件11和同步發電機控制組件12連接，用于風力發電機組、雙轉子電機控制組件11和同步發電機控制組件12的協調控制，并在同步發電機9的轉速達到并網轉速后，通過同步發電機控制組件發出并網指令。
[0050]通過同步發電機控制組件12獲取的同步發電機9并網所需要的并網轉速以及通過雙轉子電機控制組件11所獲取的雙轉子電機6的外轉子61與內轉子62之間的轉速差，對內轉子62以及為外轉子61之間的轉速差進行控制，同步發電機9并網時其所發出的電能必需與當時電網的相序和電壓有效值相同且相位\頻率在一定范圍內一致，因此，需要對同步發電機9的轉速\勵磁等進行控制。在本發明提供的系統中，同步發電機9的轉速可通過雙轉子電機控制組件11進行轉速調節，勵磁控制可通過同步發電機控制組件12進行調節，以保證同步發電機9的轉速達到進行并網所需的并網轉速。最后再通過機組控制組件10實現同步發電機9到電網13的并網發電。
[0051 ] 該控制裝置中同步發電機控制組件12還可以與同步發電機9和機組控制組件10連接，用于在同步發電機9的轉速達到并網轉速后控制同步發電機9并網。
[0052]根據上述，本實施例提供的控制裝置的組成示意圖如圖1所示，雙轉子電機控制組件11與雙轉子電機6連接，用于控制雙轉子電機6的內外轉子的轉速差，目的是使與雙轉子電機6的內轉子62相連的同步發電機9的轉速保持并網所需的并網轉速。機組控制組件10與雙轉子電機控制組件11及同步發電機控制組件12均連接，通過這三個組件對依次電性連接起來的葉輪裝置1、雙轉子電機6以及同步發電機9進行控制。當雙轉子電機6外轉子61的轉速達到一定速度后，機組控制組件10經由雙轉子電機控制組件11驅動雙轉子電機6的內轉子62開始轉動，進一步的，雙轉子電機6的內轉子62的轉動帶動同步發電機9的轉子開始轉動。
[0053]該控制裝置中還包括:
[0054]第一光電編碼器5，與外轉子61同軸設置，用于測量外轉子61的運行速度，并傳輸至雙轉子電機控制組件11;
[0055]第二光電編碼器7，與內轉子62同軸設置，用于測量內轉子62的運行速度，并傳輸至雙轉子電機控制組件11。
[0056]葉輪裝置I與雙轉子電機6之間還連接有齒輪箱3，葉輪裝置I與齒輪箱3之間設置有傳遞運動能量的第一傳動軸2(即主傳動軸)，用于連接葉輪裝置I與齒輪箱3輸入軸;齒輪箱3與雙轉子電機6之間設置有傳遞運動能量的第二傳動軸4(即二級傳動軸)，用于連接齒輪箱3輸出軸與雙轉子電機6的外轉子61。另外，還在與雙轉子電機6的外轉子61同軸轉動的機組部件上設置第一光電編碼器5，通過第一光電編碼器5來測量與其同軸的外轉子61的轉速；同理，還在與雙轉子電機6的內轉子62同軸轉動的機組部