[發明專利]可適應變化力矩的永磁風力發電機穩頻控制系統

無效

• 申請號: 200910133652.1
• 申請日: 2009-04-13
• 公開（公告）號: CN101594113A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 畢大川;陳澤森
• 申請（專利權）人: 北京前沿科學研究所
• 主分類號: H02P9/44
• 分類號: H02P9/44;H02K11/00
• 代理公司: 北京市立方律師事務所
• 代理人: 易詠梅

技術領域

本發明涉及一種風力發電機的控制系統，特別是涉及一種能夠穩定輸出電壓頻率的控制系統。

背景技術

近年來，在節約能源和保護環境的大趨勢下，風力發電事業得到了迅速發展。眾所周知，風力發電的核心部件，即，風力發電機是由風能帶動槳葉旋轉，進而帶動轉子旋轉，使線圈切割磁力線產生電流。當繞組線圈匝數和磁場強度都固定時，風力發電機的電壓頻率與轉子的轉動速率成正比。因此，只要轉速恒定，風力發電機的電壓頻率就能維持不變。然而，經常發生的情況是，隨著風能發生變化，其對槳葉的推動力也將不斷發生改變，進而影響了轉子的轉動速率，致使發電機的電壓頻率發生變化。因此，如何獲得穩定的電壓頻率是目前需要解決的技術問題。

目前，常用的穩定發電機輸出電壓頻率的方法是將發電機發出的頻率變化的交流電首先通過整流器整流成直流電，然后再通過逆變器將直流電變換為恒定頻率的交流電。這種方法雖然能夠使發電機的電壓頻率穩定，但是，其設備結構復雜、價格昂貴，在發電機組成本中占有相當比例。

發明內容

為克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種可適應變化力矩的永磁風力發電機穩頻控制系統，該系統可以根據風力的實際變化控制繞組開關的開啟與閉合，從而可以控制定子繞組的接通數量，由此使發電機在將機械能轉變為電能的過程中直接得到穩定的電壓頻率。

本發明的目的是通過采用如下的技術方案得以實現的：

一種可適應變化力矩的永磁風力發電機穩頻控制系統，該控制系統包括用于檢測開關陣列狀態、檢測發電機電參數和控制定子繞組通斷的控制箱，以及用于控制所述控制箱運行的工控機。工控機包括用于監控發電機、控制箱及開關陣列模塊的運行狀態的控制模塊、用于采集開關狀態信號并輸出開關控制信號的控制信號采集模塊和用于采集發電機電信號的電信號采集模塊?？刂葡浒ㄓ糜诳刂评@組接通個數的開關陣列模塊、用于檢測發電機電參數的發電機電信號檢測模塊。

在該控制系統內，發電機的待檢測電參數經過開關陣列模塊輸入到所述發電機電信號檢測模塊，發電機電信號檢測模塊的信號輸出端均與工控機內的電信號采集模塊的信號輸入端相連，電信號采集模塊的輸出端與控制模塊的信號輸入端相連，控制模塊內的控制器對輸入信號進行處理，并將開關控制信號通過控制信號采集模塊傳輸至開關陣列模塊，用于控制開關的開啟與閉合。

本發明通過將發電機的每一個定子繞組與單獨的開關相連，可由控制系統控制發電機實現多級負載的要求。另外，本發明的控制系統內采用ADRC，由此可以準確控制每一個開關的開啟與閉合，進而控制定子中接通繞組的個數，這樣可以控制轉子的轉速，實現對發電機輸出電壓頻率的調整，并使發電機的輸出電壓頻率維持在一個穩定的數值。同時，由于利用了本發明的發電機在將機械能轉變為電能的過程中能夠直接得到穩定的電壓頻率，無變頻器的設計大大降低了風力發電的裝機成本。

附圖說明

圖1是陣列式穩頻永磁風力發電機的整體結構示意圖；

圖2是圖1中所示陣列式穩頻永磁風力發電機去掉端蓋時的定子和轉子的結構示意圖；

圖3是圖1中所示陣列式穩頻永磁風力發電機的定子和轉子陣列結構示意圖；

圖4是圖3中所示陣列結構的一組定子和轉子的結構示意圖；

圖5是根據本發明的一個優選實施例的可適應變化力矩的永磁風力發電機穩頻控制系統示意圖；

圖6是利用開關對定子繞組進行開啟或者閉合控制的電路結構示意圖；以及

圖7是發電機的穩頻控制系統的控制流程圖。

附圖標記：

1電機軸；2定子；3轉子；21繞組；31永磁體；4電機殼；

5固定部；6工控機；7控制箱；8風力發電機；9開關；

61控制模塊；62電信號采集模塊；63控制信號采集模塊；

71風力發電機電壓頻率檢測模塊；72開關陣列模塊；

73開關檢測模塊。

具體實施方式

下面將根據附圖對本發明的上述目的、特征和優點以及優選實施方式進行詳細說明。

圖1示出了陣列式穩頻永磁風力發電機的整體結構示意圖。圖2示出了圖1中所示風力發電機去掉端蓋時的定子和轉子的結構示意圖。從以上兩圖中可見，該陣列式穩頻永磁風力發電機包括定子2和分別安裝在其兩端的兩個端蓋4，該定子2和兩個端蓋4圍成一個腔體，其上共軸線地設置定子2的電機軸1從該腔體內向外突出。在該電機軸1上還安裝有轉子3，而且該轉子3套接于定子2內。