[發(fā)明專(zhuān)利]一種級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810026053.5
• 申請(qǐng)日: 2008-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101242157A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙克剛;黃向東;羅玉濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P9/42
• 分類(lèi)號(hào): H02P9/42;H02K16/02
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，隨著資源的短缺和溫室效應(yīng)的日趨嚴(yán)重，世界各國(guó)逐步加大了開(kāi)發(fā)和利用可再生、無(wú)污染的能源的力度。風(fēng)力發(fā)電是其中最接近實(shí)用的一種。由于風(fēng)力是一種不穩(wěn)定的動(dòng)力源，風(fēng)速經(jīng)常變化；而風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，要求風(fēng)電的頻率保持恒定。為了解決風(fēng)速與風(fēng)電頻率之間的矛盾，人們提出了多種解決方案，其中效果最好的是變速恒頻發(fā)電方法。

目前通用變速恒頻發(fā)電方法主要有以下兩種：基于繞線(xiàn)異步機(jī)(雙饋電機(jī))的雙饋發(fā)電系統(tǒng)和基于低速永磁同步發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式發(fā)電系統(tǒng)。

雙饋發(fā)電機(jī)是在轉(zhuǎn)子中施加低頻交流電流實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁的一種特種異步發(fā)電機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相序，確保發(fā)電機(jī)輸出電功率恒頻恒壓。雙饋發(fā)電系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是變頻器的容量取決于發(fā)電機(jī)變速運(yùn)行時(shí)的最大滑差功率，一般電機(jī)的最大滑差率為±(25～35)％，因此變頻器的最大容量?jī)H為發(fā)電機(jī)額定容量的1/4～1/3。但由于受到極數(shù)的限制，風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間采用了升速齒輪箱，不僅增加了系統(tǒng)成本，而且成為了目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。

直驅(qū)式發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)輸出頻率和電壓隨轉(zhuǎn)速變化的交流電，經(jīng)交_直_交變頻器，轉(zhuǎn)換成恒壓、恒頻(50Hz)的電功率接入電網(wǎng)。該系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)發(fā)出的全部電功率都要通過(guò)變頻器，變頻器容量需按100％功率選取，比雙饋系統(tǒng)容量大，投資大，諧波吸收困難。但由于采用了低速永磁同步發(fā)電機(jī)，因此在風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間不需要安裝升速齒輪箱，電機(jī)輕，效率高，工作可靠，故障率低。

研制開(kāi)發(fā)一種效率高，成本低，運(yùn)行可靠且供電性能良好的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域一直追求而又未完全實(shí)現(xiàn)的理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能綜合揚(yáng)棄直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，不僅具備在較大速比范圍內(nèi)高效地實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電功能，而且既取消升速齒輪箱，提高系統(tǒng)可靠性，又可采用較小容量的變頻器，降低系統(tǒng)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在現(xiàn)有基于低速永磁發(fā)電機(jī)的直驅(qū)式方案與基于雙饋電機(jī)的雙饋式方案的基礎(chǔ)上，實(shí)施級(jí)聯(lián)式的結(jié)構(gòu)改動(dòng)，形成可實(shí)現(xiàn)功率分流的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與低速發(fā)電機(jī)的組合體，構(gòu)成一種具備功率分匯流功能的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。具體方案如下：

一種級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風(fēng)力機(jī)、雙轉(zhuǎn)子電機(jī)、發(fā)電機(jī)，變頻器四個(gè)部分；其中雙轉(zhuǎn)子電機(jī)包含滑環(huán)、外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子；發(fā)電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子；風(fēng)力機(jī)通過(guò)軸一與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)中的內(nèi)轉(zhuǎn)子聯(lián)接；內(nèi)轉(zhuǎn)子上設(shè)置三相繞組，并通過(guò)滑環(huán)與變頻器連接；雙轉(zhuǎn)子電機(jī)外轉(zhuǎn)子通過(guò)軸二與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)接，發(fā)電機(jī)定子內(nèi)設(shè)置三相繞組與電網(wǎng)相連。

上述級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力機(jī)輸入的功率被分為兩路，一路經(jīng)發(fā)電機(jī)被直接送往電網(wǎng)，一路通過(guò)變頻器經(jīng)變頻變壓后送往電網(wǎng)。

對(duì)上述級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作改動(dòng)，即風(fēng)力機(jī)通過(guò)軸一與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)中外轉(zhuǎn)子聯(lián)接；外轉(zhuǎn)子上設(shè)置三相繞組，并通過(guò)滑環(huán)與變頻器連接；雙轉(zhuǎn)子電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子通過(guò)軸二與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)接，發(fā)電機(jī)定子內(nèi)設(shè)置三相繞組與電網(wǎng)相連。

將上述級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的外轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子復(fù)合成一個(gè)轉(zhuǎn)子，原有級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)轉(zhuǎn)子、一個(gè)定子構(gòu)成的嵌套結(jié)構(gòu)。

上述級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與發(fā)電機(jī)為繞線(xiàn)式異步電機(jī)、鼠籠式異步電機(jī)、單相交流電機(jī)、多相交流電機(jī)、同步電機(jī)、直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)或永磁電機(jī)。

上述級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其變頻器可能根據(jù)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)類(lèi)型的不同變換為其他類(lèi)型功率變換器，包括交-交變換器，交-直-交變換器，直-交變換器等。

上述級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其變頻器與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的電氣連接方式為接觸式電刷-滑環(huán)方式或非接觸的旋轉(zhuǎn)變壓器形式。

上述的級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，所述變頻器上電源接口接入一個(gè)直流電源，所述直流電源為電池組或超級(jí)電容或飛輪電池。

上述的級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其風(fēng)力機(jī)與轉(zhuǎn)子相聯(lián)接的軸一，以及雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相聯(lián)接的軸二為其它傳動(dòng)類(lèi)型，包括齒輪傳動(dòng)、無(wú)級(jí)機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)或電氣傳動(dòng)。

上述的級(jí)聯(lián)式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其風(fēng)力機(jī)為原動(dòng)機(jī)，所述原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)、水輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果為：