本发明涉及电力电子与电力传动领域，尤其涉及一种双馈风力发电系统以及发电方法。
背景技术：
双馈风力发电机是陆上风力发电的一种主流机型，随着其大规模装机应用，如何提升其风能利率成为双馈风力发电领域的研究热点。
现有技术中，双馈电机可并网运行，其电机转子端口所需提供的电压如下式所示：
vr_pwm＝|s|*vro
其中，vr_pwm--双馈电机的转子端口电压；s--转差率；vro--转子开路电压；
双馈电机的转子电压为开路电压vro与转差率s的乘积。随着转差变大(转差率的绝对值变大)，要维持电机的正常运转，需要为电机转子端口提供的电压也随之变大，所以在较低风速和超高风速时都需要为电机转子端口提供较高的机端电压。
当变流器采用svpwm(空间矢量脉冲宽度调制)控制方式时，转子侧侧变流器可为双馈电机转子提供的最高机端线电压峰值为vdc，其中，vdc为直流母线电压。
当变流器采用spwm(脉冲宽度调制)控制方式时，转子侧变流器可为双馈电机转子提供的最高机端线电压峰值为
由此可见，变流器的输出能力受到直流母线电压的限制，若在不做其他改动的情况下，要使风机在较高和较低的转速下运行(转差较大)，就需要提升变流器的直流母线电压。然而，在实际应用中，直流母线电压并不能无限增大，其受制于功率器件的定额，提升空间有限，在风速较低或较高时，因变流器无法提供所需的机端电压导致风机无法并网运行。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中双馈电机并网运行的转速范围小，风能利用率低的缺陷，提供一种双馈风力发电系统以及发电方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种双馈风力发电系统，所述双馈风力发电系统包括双馈电机、变压器以及变流装置；
所述双馈电机的定子线圈与电网连接，所述双馈电机的转子线圈与变压器的原边线圈连接，所述变压器的副边线圈通过所述变流装置与所述电网连接；所述原边线圈与副边线圈的匝数比为k：1，k>1；
所述变压器用于在当前风速小于第一预设风速时，或者在所述当前风速大于第二预设风速时，将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈，其中，所述第二预设风速大于所述第一预设风速。
较佳地，所述匝数比k通过如下方式计算得到：
其中，s为第一或第二预设风速所对应的双馈电机转差率，vro为转子开路电压，vdc为直流母线电压，k0为调制系数，当变流器采用svpwm调制时
较佳地，所述变流装置包括转子侧变流器、直流电容以及电网侧变流器，所述转子侧变流器的一端连接所述变压器的副边线圈，所述转子侧变流器的另一端连接所述电网侧变流器的一端，所述电网侧变流器的另一端与电网连接，所述转子侧变流器以及电网测变流器之间的直流母线上设置有所述直流电容。
较佳地，所述双馈风力发电系统包括第一开关模块，所述第一开关模块的一端连接所述变压器的副边线圈，所述第一开关模块的另一端连接所述变流装置的一端，所述变流装置的另一端连接所述电网。
较佳地，所述双馈风力发电系统包括第二开关模块，所述第二开关模块的一端连接所述转子线圈，所述第二开关模块的另一端连接所述变流装置的一端。
较佳地，所述双馈风力发电系统还包括风速检测模块以及控制模块；
所述风速检测模块用于检测当前风速；所述控制模块用于在所述当前风速小于所述第一预设风速时，控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈；
所述控制模块还用于在所述当前风速不小于所述第一预设风速且不大于所述第二预设风速时，控制所述第二开关模块闭合且所述第一开关模块断开，所述电网通过所述变流装置直接向所述双馈电机的转子线圈供电；
所述控制模块还用于在所述当前风速大于所述第二预设风速时，控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈。
一种双馈风力发电方法，所述双馈风力发电方法基于前述的双馈风力发电系统；
所述双馈风力发电方法包括：
检测当前风速；
若所述当前风速小于所述第一预设风速，则控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈；
若所述当前风速不小于所述第一预设风速且不大于所述第二预设风速，则控制所述第二开关模块闭合且所述第一开关模块断开，所述电网通过所述变流装置直接向所述双馈电机的转子线圈供电；
若所述当前风速大于所述第二预设风速，则控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的双馈风力发电系统通过将所述双馈电机的定子线圈与电网连接，所述双馈电机的转子线圈与变压器的原边线圈连接，所述变压器的副边线圈通过所述变流装置与所述电网连接；当该变压器切入运行时，可以提高变流装置的机侧端口的电压输出能力，保证变流器对发电机的有效控制，使风机可在更宽的转速范围内并网发电，提升风机的发电量。
附图说明
图1为本发明实施例1的双馈风力发电系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2的双馈风力发电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例1提供一种双馈风力发电系统，如图1所示，一种双馈风力发电系统，所述双馈风力发电系统包括双馈电机1、变压器2以及变流装置3；
所述双馈电机1的定子线圈与电网连接，所述双馈电机1的转子线圈与变压器2的原边线圈连接，所述变压器2的副边线圈通过所述变流装置3与所述电网连接；所述原边线圈与副边线圈的匝数比为k：1，k>1；
所述变压器2用于在当前风速小于第一预设风速时，或者在所述当前风速大于第二预设风速时，将所述变流装置3输出的电压进行升压后供给所述双馈电机1的转子线圈，其中，所述第二预设风速大于所述第一预设风速。
具体地，所述第一预设风速可以是双馈电机1并网运行的切入风速，当机组工作于低于切入风速的风速状态下时，风电机组处于亚同步运行状态。所述第二预设风速可以是双馈电机1并网运行的切出风速，当机组工作于高于切出风速的风速状态下时，风电机组处于超同步运行状态。
优选地，所述匝数比k通过如下方式计算得到：
其中，s为第一或第二预设风速所对应的双馈电机转差率，vro为转子开路电压，vdc为直流母线电压，k0为调制系数，当变流器采用svpwm调制时
本实施例中，添加此变压器2后，变流装置3的机端电压输出能力可提升为kvdc。当风机的转速较高或者较低时，转差率s的绝对值较大，此时电机转子所需要的转子电压vr_pwm较高，提升变流装置3的机端电压输出能力后，其可以为电机转子提供较高的电压，完成变流装置3对电机的有效控制。由前述公式可知，线圈的匝数比由直流母线电压vdc，转子开路电压vro，转差率s共同决定。在硬件限定的条件下，变压器线圈的匝数比可根据用户所期望的电机运行的转差率来确定。
优选地，所述变压器2可以为常规的电力变压器，亦可采用通过其他技术(如固态变压器、电力电子变换电路等)形成的电压变换装置。
优选地，所述变流装置3可以包括转子侧变流器31、直流电容32以及电网侧变流器33，所述转子侧变流器31的一端连接所述变压器2的副边线圈，所述转子侧变流器31的另一端连接所述电网侧变流器33的一端，所述电网侧变流器33的另一端与电网连接，所述转子侧变流器31以及电网测变流器之间的直流母线上设置有所述直流电容32。
在一个具体应用场景中，例如：当能量流动方向为电网侧流向转子侧时，电网侧变流器33实现整流作用，即交流-直流的变流过程，所述直流电容32用来实现直流电压的建立，转子侧变流器31实现逆变的作用，即直流-交流的变流过程，然后将交流供给转子线圈。
在另一个具体应用场景中，例如：当能量流动方向为转子侧流向电网侧时，转子侧变流器31实现整流的作用，即交流-直流的变流过程，所述直流电容32用来实现直流电压的建立，电网侧变流器33实现逆变的作用，即直流-交流的变流过程，然后将交流供给电网。
本实施例提供的双馈风力发电系统可有效提高变流器机侧端口的电压输出能力，保证了变流器对电机的控制能力，使风机可在一个较宽的并网转速范围内并网发电运行，保证了风机在较低或者较高的风速下的正常发电，提高了风能的利用率。
实施例2
本实施例2提供一种双馈风力发电系统，该发电系统是在实施例1基础上的进一步改进，如图2所示，所述双馈风力发电系统还可以包括第一开关模块4，所述第一开关模块4的一端连接所述变压器2的副边线圈，所述第一开关模块4的另一端连接所述变流装置3的一端，所述变流装置3的另一端连接所述电网。
进一步地，所述双馈风力发电系统还可以包括第二开关模块5，所述第二开关模块5的一端连接所述转子线圈，所述第二开关模块5的另一端连接所述变流装置3的一端。
进一步地，所述双馈风力发电系统还包括风速检测模块6以及控制模块7；
优选地，所述风速检测模块6可以是风速仪。
所述风速检测模块6用于检测当前风速；所述控制模块7用于在所述当前风速小于所述第一预设风速时，控制所述第二开关模块5断开且所述第一开关模块4闭合，所述电网向所述变流装置3供电，所述变压器2将所述变流装置3输出的电压进行升压后供给所述双馈电机1的转子线圈；
所述控制模块7还用于在所述当前风速不小于所述第一预设风速且不大于所述第二预设风速时，控制所述第二开关模块5闭合且所述第一开关模块4断开，所述电网通过所述变流装置3直接向所述双馈电机1的转子线圈供电；
所述控制模块7还用于在所述当前风速大于所述第二预设风速时，控制所述第二开关模块5断开且所述第一开关模块4闭合，所述电网向所述变流装置3供电，所述变压器2将所述变流装置3输出的电压进行升压后供给所述双馈电机1的转子线圈。
在该双馈风力发电系统运行原理如下：
所述双馈风力发电方法包括：
检测当前风速；
若所述当前风速小于所述第一预设风速，则控制所述第二开关模块4断开且所述第一开关模块4闭合，所述电网向所述变流装置3供电，所述变压器2将所述变流装置3输出的电压进行升压后供给所述双馈电机1的转子线圈；
若所述当前风速不小于所述第一预设风速且不大于所述第二预设风速，则控制所述第二开关模块5闭合且所述第一开关模块4断开，所述电网通过所述变流装置3直接向所述双馈电机1的转子线圈供电；
若所述当前风速大于所述第二预设风速，则控制所述第二开关模块5断开且所述第一开关模块4闭合，所述电网向所述变流装置3供电，所述变压器2将所述变流装置3输出的电压进行升压后供给所述双馈电机1的转子线圈。
在一个非限制性的具体应用场景中，例如：，一双馈电机1的同步速为n＝1500r/min(转/分)，直流母线电压vdc＝1050v，转子开路电压vro＝2700v，在未使用变压器2的情况下，双馈电机1最低并网运行的转速nmin及最高并网运行转速nmax可以通过如下公式计算得到：
当采用该发明所提的发电装置及方法后，在双馈发电机的转子和转子侧变流器31之间串联一个升压比k＝1.3的升压变压器2，
则双馈电机1最低并网运行的转速nmin及最高并网运行转速nmax可以通过如下公式计算得到：
由此可见，在添加变压器后，双馈电机1的并网运行的转速范围得到了有效的拓展，使得风机在风速较低和较高的情况下依然可以并网发电，有效的提高风机利用率。
本实施例提供的双馈风力发电系统在运行时，通过第一开关模块4以及第二开关模块5的配合，可以实现变压器2的灵活接入，进一步增强了风电机组应对风速变化的能力，提高了发电效率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
1.一种双馈风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力发电系统包括双馈电机、变压器以及变流装置；
所述双馈电机的定子线圈与电网连接，所述双馈电机的转子线圈与变压器的原边线圈连接，所述变压器的副边线圈通过所述变流装置与所述电网连接；所述原边线圈与副边线圈的匝数比为k：1，k>1；
所述变压器用于在当前风速小于第一预设风速时，或者在所述当前风速大于第二预设风速时，将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈，其中，所述第二预设风速大于所述第一预设风速。
2.如权利要求1所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述匝数比k通过如下方式计算得到：
其中，s为第一或第二预设风速所对应的双馈电机转差率，vro为转子开路电压，vdc为直流母线电压，k0为调制系数；当变流器采用svpwm调制时
3.如权利要求1所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述变流装置包括转子侧变流器、直流电容以及电网侧变流器，所述转子侧变流器的一端连接所述变压器的副边线圈，所述转子侧变流器的另一端连接所述电网侧变流器的一端，所述电网侧变流器的另一端与电网连接，所述转子侧变流器以及电网测变流器之间的直流母线上设置有所述直流电容。
4.如权利要求1-3任一项所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力发电系统包括第一开关模块，所述第一开关模块的一端连接所述变压器的副边线圈，所述第一开关模块的另一端连接所述变流装置的一端，所述变流装置的另一端连接所述电网。
5.如权利要求4所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力发电系统包括第二开关模块，所述第二开关模块的一端连接所述转子线圈，所述第二开关模块的另一端连接所述变流装置的一端。
6.如权利要求5所述的双馈风力发电系统，其特征在于，所述双馈风力发电系统还包括风速检测模块以及控制模块；
所述风速检测模块用于检测当前风速；所述控制模块用于在所述当前风速小于所述第一预设风速时，控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈；
所述控制模块还用于在所述当前风速不小于所述第一预设风速且不大于所述第二预设风速时，控制所述第二开关模块闭合且所述第一开关模块断开，所述电网通过所述变流装置直接向所述双馈电机的转子线圈供电；
所述控制模块还用于在所述当前风速大于所述第二预设风速时，控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈。
7.一种双馈风力发电方法，其特征在于，所述双馈风力发电方法基于前述权利要求5所述的双馈风力发电系统；
所述双馈风力发电方法包括：
检测当前风速；
若所述当前风速小于所述第一预设风速，则控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈；
若所述当前风速不小于所述第一预设风速且不大于所述第二预设风速，则控制所述第二开关模块闭合且所述第一开关模块断开，所述电网通过所述变流装置直接向所述双馈电机的转子线圈供电；
若所述当前风速大于所述第二预设风速，则控制所述第二开关模块断开且所述第一开关模块闭合，所述电网向所述变流装置供电，所述变压器将所述变流装置输出的电压进行升压后供给所述双馈电机的转子线圈。
技术总结