[發明專利]一種混合風力發電系統

無效

• 申請號: 200910090286.6
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101626163A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 孫元章;李國杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;F03D9/00;F03D11/00;F16H57/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐 寧;關 暢

技術領域

本發明涉及一種風力發電系統，特別是關于一種將風電轉換成電能的混合風 力發電系統。

背景技術

一般風力發電系統分為恒速恒頻和變速恒頻兩種。恒速恒頻風力發電機組結 構簡單，早期的風力發電系統大都采用恒速恒頻技術，但是由于恒速恒頻風力發 電機組在很大風速范圍內不能保持最佳葉尖速比，所以其對風能的利用率不高。 隨著控制技術及電力電子器件水平的發展，變速恒頻技術于20世紀90年代開始 興起。變速恒頻風力發電機組的風輪轉速隨著風速的變化而變化，可以更有效地 利用風能，通過變速恒頻技術得到恒定頻率的電能。目前，變速恒頻風力發電技 術日益成熟，兆瓦級以上的風電機組大都采用該技術。

雙饋風力發電技術是變速恒頻風力發電技術的一種，其雙饋發電機定子繞組 直接與電網相連，轉子軸通過增速齒輪箱與風機同軸，轉子繞組通過轉子變流器 與電網連接，轉子變流器調節向轉子繞組輸出的電流，實現雙饋風力發電變速恒 頻的目的。雙饋風力發電的特點是轉子變流器容量小(相當于整個發電容量的20 ％～25％)，成本低，當發電機轉速低于同步速時，轉子繞組通過轉子變流器從電 網饋入功率，當發電機轉速高于同步速時，轉子繞組通過轉子變流器向電網輸出 功率。

由于風力機轉速很低，因此在雙饋風力發電系統中，發電機必須通過增速齒 輪箱提升轉速才能正常工作。由于增速齒輪箱增速比高(100左右比1)，需要采 用三級增速才能實現這么高的增速比，所以技術難度大，一旦出現故障，維修所 花時間長。風場統計表明，齒輪箱故障引起的維修時間占總設備維修時間的70％ 以上。因此，省去增速齒輪箱的永磁直驅發電機受到人們的關注。

采用永磁發電機可以做到風力機與發電機的直接藕合，省去齒輪箱，即為直 接驅動式結構，這樣可大大減小系統運行噪聲，提高可靠性。永磁式發電機的轉 子為永磁式結構，無需外部提供勵磁電源，提高了效率，但其主要缺點是盡管實 現了直接藕合，但是永磁發電機的轉速很低，所以其發電機體積大、成本高，并 且存在失磁的問題。永磁發電機的輸出經過交直交變換器與電網相連，其變速恒 頻功能由交直交變換器控制實現，交直交變換器的容量與發電機的額定容量相同。 對于大容量的永磁直驅風電系統，為了維持直流母線電壓的恒定和風能的最大功 率跟蹤，電機定子的交直交變換器采用基于絕緣門柵極晶體管即IGBT閥體技術的 全容量四象限變流器，其功率大、損耗大，設計難度高、可靠性低。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種既能避免變速恒頻雙饋風力發電系 統中增速齒輪箱的故障問題，又能克服變速恒頻直驅永磁風力發電系統的永磁發 電機失磁、體積過大及損耗大的問題的混合風力發電系統。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種混合風力發電系統，其特 征在于：它包括一風輪，所述風輪通過主軸連接一低增速比齒輪箱的輸入端，所 述低增速比齒輪箱的輸出端通過一連軸器連接一繞線雙饋式感應發電機，所述繞 線雙饋式感應發電機的轉子繞組與一轉子變流器的一端相連，所述繞線雙饋式感 應發電機的定子繞組與一定子交直交變換器的一端相連，所述轉子變流器和定子 交直交變換器的另一端接入電網。

當所述低增速比齒輪箱采取一級增速時，輸出、輸入的增速比小于10∶1，當 所述低增速比齒輪箱采取二級增速時，輸出、輸入的增速比小于60∶1。

所述繞線雙饋式感應發電機的轉速低于800轉每分鐘。

所述繞線雙饋式感應發電機的轉速低于800轉每分鐘。

所述定子交直交變換器包括一交直變換器，所述交直變換器一端與所述定子 繞組相連，且并接一濾波電路，所述交直變換器另一端連接一直交變換器，所述 直交變換器的逆變側通過12脈升壓變壓器與所述電網相連，且并接一無功補償器。

所述交直變換器是由無控制功能的整流二極管組成的整流電路，所述直交變 換器是由可控硅整流元件組成的逆變電路，所述濾波電路是濾波器或12脈升壓變 壓器的一種。

所述轉子變流器是采用基于絕緣門柵極晶體管技術制成的四象限轉子變流 器。

所述轉子變流器包括直交變換器和交直變換器，所述直交變換器一端與所述 繞線雙饋式感應發電機的轉子繞組相連，另一端連接所述交直變換器，所述交直 變換器另一端連接所述電網。