一种旋转风力发电机的方法
阅读说明：本技术 一种旋转风力发电机的方法 (Method for rotating wind driven generator ) 是由 罗鹏 牛瑞根 李磊 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及风力发电机控制技术领域,提出一种旋转风力发电机的方法,其中所述风力发电机包括转子绕组、定子绕组、以及多个变频器电力电子开关,该方法包括下列步骤：操作所述变频器电力电子开关中的一个或多个,使得将转子绕组和定子绕组中的第一个短接；给转子绕组和定子绕组中的第二个接通交流电能以在所述第一个中产生感应电流；通过所述感应电流在所述风力发电机中形成磁场；以及由带电的所述转子绕组在所述磁场中旋转以使所述风力发电机旋转。(The invention relates to the technical field of wind driven generator control, and provides a method for rotating a wind driven generator, wherein the wind driven generator comprises a rotor winding, a stator winding and a plurality of frequency converter power electronic switches, and the method comprises the following steps: operating one or more of the frequency converter power electronic switches such that a first one of the rotor windings and the stator windings is shorted; energizing a second one of the rotor winding and the stator winding with ac power to generate an induced current in the first one; forming a magnetic field in the wind power generator by the induced current; and rotating in the magnetic field by the rotor winding being electrically charged to rotate the wind turbine.)
技术领域
本发明总的来说涉及风力发电机控制技术领域。具体而言，本发明涉及一种旋转风力发电机的方法。
背景技术
在对风力发电机组进行安装及运维的过程中，例如在进行双馈风力发电机组的叶片吊装以及进行双馈风力发电机组轮毂内的运维操作时，常常需要对风力发电机组的轮毂或者叶轮进行供电并且驱动其旋转。
基于上述问题，现有技术中通常采用对风力发电机的发电机定子短接的方式使双馈发电机运行在异步电机模式以便使风力发电机旋转。下面对现有技术中作介绍：
CN111594383A公开了一种大兆瓦双馈式风电机组反向驱动方法及系统，其中利用短接线缆对发电机定子进行短接。然而，其对发电机进行手动短接可能会产生操作偏差，导致该方法安全性以及便捷性较差。另外，该方法由于在风力发电机组的停机状态下通过电网供电来励磁，因此可能会存在安全风险。
CN111884550A公开了一种风电机组自驱动风轮盘车装置及方法，其中采用了单独的定子短接接触器来对发电机定子进行短接。然而，其在减少人为操作流程的同时也增加了成本。另外，其采用点动控制，对于风轮旋转位置的控制精确性仍存在不足。
CN103475289A公开了一种双馈风机发电系统及轮毂转动的驱动方法，其中同样采用单独的定子短接接触器对发电机定子进行短接，造成了成本的增加。
发明内容
为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种旋转风力发电机的方法，其中所述风力发电机包括转子绕组、定子绕组、以及多个变频器电力电子开关，该方法包括下列步骤：
操作所述变频器电力电子开关中的一个或多个，使得将转子绕组和定子绕组中的第一个短接；
给转子绕组和定子绕组中的第二个接通交流电能以在所述第一个中产生感应电流；
通过所述感应电流在所述风力发电机中形成磁场；以及
由带电的所述转子绕组在所述磁场中旋转以使所述风力发电机旋转。
在本发明一个实施例中规定，所述风力发电机包括：
双馈发电机，其具有双馈发电机定子以及双馈发电机转子，其中所述双馈发电机转子连接机侧变频器，并且所述双馈发电机定子连接定子接触器；
直流母线，其与机侧变频器以及网侧变频器连接；
机侧变频器，其与所述双馈发电机转子以及所述直流母线连接，并且所述机侧变频器具有多个机侧变频器电力电子开关；
网侧变频器，其与所述直流母线、电流断路器以及所述双馈发电机定子接触器连接，并且所述网侧变频器具有多个网侧变频器电力电子开关；
定子接触器，其与所述双馈发电机定子以及电流断路器连接；以及
电流断路器，其与所述网侧变频器、电网以及所述定子接触器连接。
在本发明一个实施例中规定，所述旋转风力发电机的方法还包括：
断开所述电流断路器与所述电网的连接；
闭合所述定子接触器；
操作所述变频器电力电子开关中的一个或多个，使得将转子绕组和定子绕组中的第一个短接，其中包括：
通过所述网侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机定子进行短接，或者通过所述机侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机转子进行短接；以及
将供电工装连接至所述直流母线以进行供电。
在本发明一个实施例中规定，通过所述网侧或机侧变频器电力电子开关基于三电平ANPC拓扑对所述双馈发电机定子或转子进行短接，其中所述网侧或机侧变频器电力电子开关包括第一至第六ANPC网侧或机侧开关管。
在本发明一个实施例中规定，通过所述网侧或机侧变频器电力电子开关基于三电平ANPC拓扑对所述双馈发电机的定子或转子进行短接包括：
闭合所述第二ANPC网侧或机侧开关管以及第五ANPC网侧或机侧开关管；和\或
闭合所述第二ANPC网侧或机侧开关管、第三ANPC网侧或机侧开关管、第四ANPC网侧或机侧开关管以及第五ANPC网侧或机侧开关管；和\或
闭合所述第三ANPC网侧或机侧开关管以及第六ANPC网侧或机侧开关管；和\或
闭合所述第三ANPC网侧或机侧开关管以及第四ANPC网侧或机侧开关管。
在本发明一个实施例中规定，通过所述网侧或机侧变频器电力电子开关基于三电平NPC拓扑对所述双馈发电机定子或转子进行短接，其中所述网侧或机侧变频器电力电子开关包括第一至第四NPC网侧或机侧开关管。
在本发明一个实施例中规定，通过所述网侧或机侧变频器电力电子开关基于三电平NPC拓扑对所述双馈发电机定子或转子进行短接包括：
闭合所述第三NPC网侧或机侧开关管以及第四NPC网侧或机侧开关管；和\或
闭合所述第三NPC网侧或机侧开关管；和\或
闭合所述第二NPC网侧或机侧开关管以及第三NPC网侧或机侧开关管和\或；
闭合所述第二NPC网侧或机侧开关管；和\或
闭合所述第一NPC网侧或机侧开关管以及第二NPC网侧或机侧开关管。
在本发明一个实施例中规定，通过所述网侧或机侧变频器电力电子开关基于两电平拓扑对所述双馈发电机定子或转子进行短接，其中所述网侧或机侧变频器电力电子开关包括网侧或机侧上桥臂以及网侧或机侧下桥臂。
在本发明一个实施例中规定，通过所述网侧或机侧变频器电力电子开关基于两电平拓扑对所述双馈发电机定子或转子进行短接包括：
闭合所述网侧或机侧下桥臂；和\或
闭合所述网侧或机侧上桥臂。
本发明还提出一种风力发电机，包括：转子绕组、定子绕组、以及多个变频器电力电子开关；
以及控制器，其被配置为执行所述旋转风力发电机的方法。在此，术语“控制器”是指基于软件、硬件或者软硬件结合的方式进行控制操作的设备。
本发明至少具有如下有益效果：本发明方法利用变频器自身的电力电子开关、通过脉冲调整开关状态实现对发电机定\转子绕组的短接，其中由于变频器具有大量的电力电子开关，因此可以采取多种多样的短接形式以及控制方式，无需增加外接装置，从而大大提升了经济性；并且本发明方法无需进行手动短接操作，也无需通过电网取电，大大提升了安全性；另外本发明可以采用小型易携带的供电工装进行供电，其可选择多并且携带及操作便捷。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了本发明所应用于的风力发电机的示意图。
图2示出了本发明一个实施例中对双馈发电机的定子进行短接的电路连接示意图。
图3a-c分别示出了本发明一个实施例中通过网侧变频器电力电子开关对双馈发电机定子进行短接的电路连接示意图。
图4示出了本发明一个实施例中对双馈发电机的转子进行短接的电路连接示意图。
图5a-c分别示出了本发明一个实施例中通过机侧变频器电力电子开关对双馈发电机转子进行短接的电路连接示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
图1示出了本发明所应用于的风力发电机100的示意图。如图1所示，风力发电机100包括风机塔筒101、可旋转地连接到风机塔筒101并且支承轮毂103的机舱102。在轮毂103上布置有两个或更多个叶片104，其中叶片104在风力作用下带动布置在轮毂108中的转子(未示出)绕轴线(未示出)旋转，其中发电机的转子相对于定子的旋转将生成电能。
图2示出了本发明一个实施例中风力发电机组的连接示意图，其中风力发电机组可以包括双馈发电机202、直流母线203、机侧变频器204、网侧变频器205、定子接触器206以及电流断路器207。双馈发电机202具有定子以及转子、机侧变频器204具有多个机侧变频器电力电子开关、网侧变频器205具有多个网侧变频器电力电子开关。其中，所述转子连接机侧变频器204；所述定子连接定子接触器206；定子接触器206与所述定子以及电流断路器207分别连接；机侧变频器204与所述转子以及直流母线203分别连接；直流母线203与机侧变频器204以及网侧变频器205分别连接；网侧变频器205与直流母线203、电流断路器207以及定子接触器206分别连接；以及电流断路器207分别与网侧变频器205、电网以及定子接触器206连接。
如图2所示，本发明提出一种旋转风力发电机的方法，可以通过所述网侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机202的定子进行短接以驱动所述双馈发电机202转动，其中包括下列步骤：
断开所述电流断路器207，以断开风力发电机组与所述电网的连接；
闭合所述定子接触器206；
通过所述网侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机202的定子进行短接；以及
将供电工装201连接至所述直流母线203进行供电，其中所述供电工装201可以是小型直流发电机工装。
通过上述步骤可以将所述机侧变频器204充当逆变器连接至所述双馈发电机202的转子对所述双馈发电机202进行励磁，并且对所述转子的三相绕组进行交流供电，所述定子的绕组将会产生感应电动势，由于所述双馈发电机202的定子短接，所述定子中将会形成定子感应电流，所述定子感应电流会在双馈发电机202中形成恒定的磁场，通电的转子绕组在磁场中会收到力的作用进行旋转，从而驱动所述双馈发电机202转动。
图3a-c示出了通过所述网侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机202的定子进行短接的连接示意图。
如图3a所示，可以通过所述网侧变频器电力电子开关基于三电平ANPC(ActiveNeutral Point Clamped有源中点钳位)拓扑对所述双馈发电机202的定子进行短接，所述网侧变频器电力电子开关可以包括第一至第六ANPC网侧开关管301-306，其中包括下列短接方案：
如图3a所示闭合第一ANPC网侧开关管301以及第二ANPC网侧开关管302；
闭合第二ANPC网侧开关管302以及第五ANPC网侧开关管305；
闭合第二ANPC网侧开关管302、第三ANPC网侧开关管303、第四ANPC网侧开关管304以及第五ANPC网侧开关管305；
闭合第三ANPC网侧开关管503以及第六ANPC网侧开关管506；以及
闭合第三ANPC网侧开关管503以及第四ANPC网侧开关管504。
如图3b所示，可以通过所述网侧变频器电力电子开关基于三电平NPC(NeutralPoint Clamped中点钳位)拓扑对所述双馈发电机202的定子进行短接，所述网侧变频器电力电子开关可以包括第一至第四NPC网侧开关管3001-3004，其中包括下列短接方案：
如图3b所示闭合第三NPC网侧开关管3003以及第四NPC网侧开关管3004；
闭合第三NPC网侧开关管3003；
闭合第二NPC网侧开关管3002以及第三NPC网侧开关管3003；
闭合第二NPC网侧开关管3002；以及
闭合第一NPC网侧开关管3001以及第二NPC网侧开关管3002。
如图3c所示，可以通过所述网侧变频器电力电子开关基于两电平拓扑对所述双馈发电机202的定子进行短接，所述网侧变频器电力电子开关可以包括网侧上桥臂30001以及网侧下桥臂30002，其中包括下列短接方案：
如图3c所示闭合网侧下桥臂30002；以及
闭合网侧上桥臂30001。
如图4所示，本发明还可以通过所述机侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机402的转子进行短接以驱动所述双馈发电机402转动，其中包括下列步骤：
闭合所述定子接触器406；
通过所述机侧变频器电力电子开关对所述双馈发电机402的转子进行短接；以及
将供电工装401连接至所述直流母线403进行供电。
通过上述步骤可以将网侧变频器404充当逆变器连接至双馈发电机402的定子对双馈发电机402进行励磁，并且对双馈发电机402的定子的三相绕组进行交流供电。其中会在双馈发电机402的气隙中产生恒定的旋转磁场，转子绕组会产生感应电动势，由于双馈发电机402的转子短接，转子中会形成感应电流。拥有电流的转子绕组在磁场中会收到力的作用进行旋转，从而驱动双馈发电机402转动。
图5a-c中示出了通过所述机侧变频器电力电子开关基于不同的电路拓扑对所述双馈发电机402的转子进行短接的连接示意图。
如图5a所示，可以通过所述机侧变频器电力电子开关基于三电平ANPC拓扑对所述双馈发电机402的转子进行短接，所述机侧变频器电力电子开关可以包括第一至第六ANPC机侧开关管501-506，其中包括下列短接方案：
如图5a所示闭合第一ANPC机侧开关管501以及第二ANPC机侧开关管502；
闭合第二ANPC机侧开关管502以及第五ANPC机侧开关管505；
闭合第二ANPC机侧开关管502、第三ANPC机侧开关管503、第四ANPC机侧开关管504以及第五ANPC机侧开关管505；
闭合第三ANPC机侧开关管503以及第六ANPC机侧开关管506；以及
闭合第三ANPC机侧开关管503以及第四ANPC机侧开关管504。
如图5b所示，可以通过所述机侧变频器电力电子开关基于三电平NPC拓扑对所述双馈发电机402的转子进行短接，所述机侧变频器电力电子开关可以包括第一至第四NPC机侧开关管5001-5004，其中包括下列短接方案：
如图5b所示闭合第三NPC机侧开关管5003以及第四NPC机侧开关管5004；
闭合第三NPC机侧开关管5003；
闭合第二NPC机侧开关管5002以及第三NPC机侧开关管5003；
闭合第二NPC机侧开关管5002；以及
闭合第一NPC机侧开关管5001以及第二NPC机侧开关管5002。
如图5c所示，可以通过所述机侧变频器电力电子开关基于两电平拓扑对所述双馈发电机402的转子进行短接，所述机侧变频器电力电子开关可以包括机侧上桥臂50001以及机侧下桥臂50002，其中包括下列短接方案：
如图5c所示闭合机侧下桥臂50002；以及
闭合机侧上桥臂50001。
根据本发明各实施例中的方法可以进行风力发电机的叶片吊装操作。例如在风力发电机进行单叶片吊装时，可以通过本发明方法利用变频器对风力发电机进行驱动以快速的调整轮毂角度，从而对轮毂进行旋转或者调整吊车的角度，使叶片更加迅速准确的与轮毂对接，有效提升了吊装工作的效率。
根据本发明各实施例中的方法还可以轮毂内进行维护操作，使轮毂内的操作更加舒适和便捷。风轮处于一个固定位置时无法进行全方位的维护，因此当例如需要进行螺栓力矩检查的操作时，可以断开断路器保证风机处于断电模式，从直流母线处接入供电工装，更改变频器控制策略，利用电力电子开关对定子或者转子绕组进行短接。闭合定子接触器，使双馈风力发电机及变频器形成短路回路以及励磁回路，输入角度指令以及转速指令使双馈风机进行驱动，风机按照转速旋转至目标角度值后停止。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
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