[發明專利]同步電機變極變速風力發電系統

無效

• 申請號: 201110212846.8
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN102904408A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 吳光宇
• 申請（專利權）人: 吳光宇
• 主分類號: H02K19/30
• 分類號: H02K19/30;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種同步電機變極變速風力發電系統的構成與控制策略，屬于風力發電領域。?

背景技術

綠色能源中，風能不僅儲量大，可利用率高，而且便于大規模開發。我國可開發利用的風能資源陸地為2.53億kW，近海7.5億kW，合計10.03億kW，僅次于俄羅斯和美國，居世界第三位。近年來，我國風力發電裝機容量增加較快。國家能源局官員講，到2020年我國風電總裝機容量由30000MW提升到1億kW。?

當前國內外運行的可變速風電系統主要有兩種，一種是永磁同步經變流器并網系統，另一種是雙饋發電系統。永磁同步風力發電系統的風能利用較好，但由于其變流器容量必須與發電機容量相一致，而且永磁材料價格較高，因而系統成本也較高；而雙饋風力發電系統的變流器容量為勵磁容量，變流器成本低于直接并網變流器，因而較受歡迎，但風能利用率低，控制策略較為復雜，低電壓穿越能力弱，在電網波動時容易脫網。而采用變極變速發電機則不需要變流器，因此系統成本較小，通過特殊的控制策略，可獲得非常良好的風能利用率，并且在電網波動時能穩定發電，不易脫網。從而大大降低了大型風電系統的成本，同時提高了風電系統的可靠性。?

發明內容

本發明的目的是通過提供一種采用混合勵磁可變極變速同步發電機的風力發電系統結構，加上相應控制策略的風力發電技術，實現以較低成本獲得良好風能利用率，提高風電機組性能的目標。?

本發明通過采用一臺混合勵磁可變極同步發電機、一套直流勵磁系統，相?應控制系統以及含有特殊控制策略的控制軟件來實現。配上塔筒、風輪、變槳系統、偏航系統、傳感器等其他電控系統，形成完整的風力發電機組。?

本發明的優點是：?

1.不采用變流器，而采用直流勵磁裝置，系統成本大幅下降。?

2.通過控制發電機變極，可在不同轉速下使發電機恒定輸出額定頻率50HZ。?

3.當電網發生波動時，可通過調節電勵磁(低電壓時強勵)實現低電壓穿越，不脫網穩定運行。?

4.根據風速、轉速和槳葉角度的三角形關系來調節變槳角度來提高風能利用率。?

附圖說明

圖1是表示本發明的變極變速電機的電氣原理圖。?

圖2是本發明中變極變速電機高低轉速轉換的繞組接法。其中左側接線圖為電機低轉速時的接法，右側接線圖為電機高轉速時的接法。?

圖3是本發明中變極變速電機控制勵磁電流方向使電機轉子為6極模式。?

圖4是本發明中變極變速電機控制勵磁電流方向使電機轉子為4極模式。?

具體實施方式

以下用附圖詳細說明本發明。?

定義：WIND_SP----風速；P1----發電機的極對數6極；P2----發電機的極對數4極；N1----6極對應的轉速1000r/min，N2----4極對應的轉速1500r/min，P----發電機的額定功率；Pout----發電機的輸出功率；F----發電機的額定頻率。?

本發明為可變極同步發電機結構，以1.5MW風力發電機組為例，發電機為4極/6極，發電機轉速為1500轉/1000轉，額定頻率為50HZ，發電機的轉子采用混合勵磁即永磁體加直流電勵磁。系統配有發電機匹配的直流勵磁系統、相應控制開關以及系統控制器和含有特殊控制策略的相應控制軟件，配上塔筒、?風輪、變槳系統、偏航系統、傳感器等電控系統，形成完整的風力發電機組。?

圖1為變極變速發電機電氣原理圖，此發電機的轉速分為2檔，當風速在3-8m/s時，機組先空轉運行至12r/min左右(根據齒輪箱變比，使電機轉速為1000r/min)，然后控制系統控制空氣開關QF并入三相電網，控制起動按鈕SB2，交流接觸器KM1線圈回路通電并自鎖，KM1主觸頭閉合，為發電機接入三相電網，L1接U1、L2接V1、L3接W1；L2、V2、W2懸空。發電機在Δ接法下運行，如圖2左側接線圖所示。同時控制轉子勵磁裝置，通過調整勵磁電流方向，使轉子磁極如圖3所示。此時，發電機P1＝6、N1＝1000r/min，發電機的輸出頻率F＝50Hz。此時根據風速、轉速和槳葉角度的三角形關系來調節變槳角度提高風能利用率。?