[實用新型]直驅式交流勵磁風力發電機系統

無效

• 申請號: 200720190808.6
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN201167296Y
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 張勇
• 申請（專利權）人: 張勇
• 主分類號: H02P9/42
• 分類號: H02P9/42;H02P9/14;H02M5/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于現代電力電子和電機技術交叉領域，主要用于風力發電系統。該系統采用直流耦合的三個交一直流變換器和異步發電機將隨時變化的風能轉化為固定頻率的電能。

背景技術

目前，風電產業中并網型大型風力發電機組廣泛采用異步風力發電機組、雙饋異步風力發電機組和直驅型同步風力發電機組。這三種機型均能夠將時刻變化的風能轉換為頻率衡定的電能，其中雙饋異步風力發電機組和直驅型同步發電機組技術先進、能夠實現對電磁轉矩的控制，使風輪轉速達到最佳風能利用值，因而風能利用率高。

雙饋風力發電機組定子側與電網直接連接，定子輸出電能頻率衡定，但由于風力機的葉輪轉速很慢，一般為每分鐘十幾轉，遠遠低于要求的發電機額定轉速，因此必須在葉輪和發電機的轉子之間安裝齒輪箱等增速裝置。雙饋風力發電系統采用了齒輪箱進行變速，這樣不僅降低了風電轉換效率和產生噪音，更是風力發電機械故障的主要原因，而且為減少機械磨損還需要定期對齒輪箱進行潤滑清洗等維護工作。

直驅型同步風力發電系統是葉輪直接與多極勵磁同步發電機的轉子或永磁同步發電機的轉子相連，省去了齒輪箱部件，將頻率變化的交流電經變換器轉化為直流電，然后將直流電經逆變器轉化為頻率恒定的交流電，從而送入電網，提高了系統的效率和運行可靠性，但由于葉輪轉速很低，直驅型同步風力發電機組轉子極對數很多，一般為幾十對，這樣發電機的尺寸和重量大大增加，不利于設備運輸和安裝。

公開號為JP2002345297A的日本專利“synchronous?generatorsystem?for?wind-turbine?power?generation?and?its?operation?method”介紹了一種直流勵磁的風力發電機組，這種機組與永磁風力發電機組有相同的問題，轉子極對數多，發電機體積大而笨重。

公開號為US20040119292A1的美國專利“method?and?configurationfor?controlling?a?wind?energy?installation?without?a?gearbox?byelectronically?varying?the?speed”同樣介紹了一種直流勵磁的風力發電機組，該專利側重于風電機組的變速控制方案，勵磁方式采用永磁和直流勵磁的混合勵磁方案或完全采用直流電勵磁的方案，但缺點同樣是轉子極對數多，發電機體積大而笨重。

發明內容

本實用新型的目的是克服雙饋風力發電機組齒輪箱帶來的問題和直驅型風力發電機組重量和體積過大的缺點，與這兩種風力發電機組相比，本實用新型不采用齒輪箱，同時轉子勵磁系統極對數較少，發電機的體積和重量減小。

為實現本實用新型的目的，本實用新型提供了一種直驅式交流勵磁風力發電機系統，所述風力發電機系統主要包括風力發電機葉輪[301]，發電機單元[302]，發電機單元的定子繞組[303]，定子側變換器[304]，直流母線平波電容器[305]，網側變換器[306]，直流母線[307]，轉子側變換器[308]，傳動軸[309]，發電機單元的轉子繞組[310]，以及變壓器[311]；并且所述發電機單元[302]通過所述傳動軸[309]直接與所述葉輪[301]相連；所述定子側變換器[304]的交流側與所述發電機單元[302]的定子繞組[303]連接，所述定子側變換器[304]將由發電機定子發出的頻率變化的交流電轉化為直流電，然后該直流電經由定子側變換器[304]的直流側通過直流母線[307]向直流母線平波電容器[305]充電；所述轉子側變換器[308]的直流側與所述直流母線[307]相連，從所述直流母線[307]吸收電能，將直流電轉化為頻率和幅值都可控的交流電，然后該交流電經由轉子側變換器[308]的交流側通過所述發電機單元[302]的轉子繞組[310]向發電機提供勵磁電流，該勵磁電流在發電機轉子氣隙中產生旋轉磁場；網側變換器[306]的直流側與直流母線相連，從所述直流母線吸收電能，將直流電轉化為工頻交流電，該交流電通過所述變壓器[311]向電網輸送電能。

根據本實用新型的一個實施例，風力發電機葉輪軸與發電機轉子軸直接相連，中間不需要配置增速裝置；發電機轉子的極數為多極配置。

根據本實用新型的一個實施例，所述轉子側變換器的交流側與發電機轉子繞組的連接可以通過電滑環連接或采用繞線式等無刷結構連接。

根據本實用新型的一個實施例，所述轉子側變換器的交流側輸出的交流電流的頻率可以為零，成為直流勵磁系統。