[發明專利]直驅式感應風力發電系統

有效

• 申請號: 201110345866.2
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102510171A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 馬偉明;王東;肖飛;郭云珺
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02K9/04
• 分類號: H02K9/04;H02K5/18;H02K5/20;H02K17/16;H02J3/38
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域中的風力發電系統，具體地說是一種直驅式感應風力發電系統。

背景技術

風能作為一種可再生能源，其資源極其豐富。據專家估計，全世界風能資源總量約為每年2萬億千瓦，僅1％的地面風能轉化為電能就能滿足現今全世界對能源電力的需求。同時隨著風力發電技術的不斷發展進步，風力發電的成本呈現下降的趨勢，風力發電具有顯著的環保效益和經濟效益。近些年來風力發電的發展不斷超越其預期的發展速度，并越來越受到世界各國的重視。

由于風力發電系統應用場合的特殊性，對發電、變電裝置的空間尺寸和重量等有著非常嚴格的限制和要求，同時，對系統的容量、供電品質、可靠性與可維修性等性能指標需求也在不斷提高。而感應發電機采用鼠籠式轉子結構，與普通同步發電機相比具有結構簡單、故障率低、機械強度好、維護成本低等優點。然而傳統的感應發電機存在功率密度不高、功率因數低、控制上電壓調節不靈活等不足之處，僅適用于中小功率場合，同時，傳統電機受電磁設計、冷卻方式和加工工藝的限制，使其轉矩密度難以大幅提高。

此外，傳統感應發電機轉子的端板和導條通常采用中頻焊接等焊接方式，這些焊接方式不僅需要使用電阻率遠大于端環和導條的焊料，且不可避免的增加了接觸電阻，不僅會增加損耗，更重要的是還存在局部發熱導致端板膨脹斷裂的安全隱患。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種可以大幅度提高發電機系統功率密度和效率的直驅式感應風力發電系統。

實現本發明目的采用的技術方案是：一種直驅式感應風力發電系統，至少包括葉片，還包括與葉片直連的直驅式感應發電機，和與電網連接的網側變流器，所述感應發電機輸出端連接機側變流器，所述機側變流器與網側變流器之間設有直流支撐電容，所述直驅式感應發電機的定子設有至少一套三相主繞組，主繞組直接與機側變流器連接，所述主繞組的每一相均接有交流勵磁電容。

進一步地，在上述直驅式感應風力發電系統中，所述直驅式感應發電機的定子還設有一套三相輔助繞組，所述三相輔助繞組的每一相均設有交流勵磁電容。

進一步地，上述機側變流器和網側變流器為四象限全功率變流器，且由n個完全相同的功率器件并聯組成，其中n≤3。其中所述功率器件包括二極管和三極管，所述二極管的陽極與所述三極管的發射極連接，陰極與所述三極管的集電極連接。

進一步地，在上述直驅式感應風力發電系統中，直驅式感應發電機包以下兩種結構：

第一，上述直驅式感應發電機至少包括定子、轉子、機座、轉軸和軸承，所述機座的頂部設有散熱筋板，機座的四周設有風機。

第二，上述直驅式感應發電機至少包括定子、轉子、機座、轉軸和軸承，所述機座的頂部設有散熱筋板，機座內設有冷卻介質噴淋系統，所述冷卻介質噴淋系統包括安裝在機座內壁的噴淋環和安裝于機座底部的儲液盒，所述機座內設有將儲液盒中的冷卻介質通抽取到噴淋環的磁力泵。為了防止冷卻介質泄漏到感應發電機本體以外，機座與轉軸之間設有旋轉密封裝置，所述旋轉密封裝置包括基座，所述基座和轉軸之間設有若干用導磁鋼材料做成的密封擋板，所述密封擋板呈“H”狀，密封擋板與轉軸的連接端內充滿磁性流體，密封擋板另一端的開口連通成散熱通道；基座和轉軸之間還有永磁體。

更進一步地，上述感應發電機的鼠籠轉子的導條和端環通過攪拌摩擦焊焊接而成一體。

本發明的感應發電機輸出采用專用背靠背全功率變流器形式，考慮電網故障等極端條件，通過四象限全控電力電子變流器與發電機的匹配設計，結合無速度傳感器矢量控制、軟件鎖相環技術、過調制SVPWM方法、信號延時補償算法、前饋+反饋控制技術等措施，實現風力發電機組系統的高效控制，保證發電機組良好的電能品質與運行穩定性。

此外，本發明還具有以下優點：

(1)在有限的發電、變電裝置的空間內，本發明采用兩種散熱結構的感應發電機，一是通過機座四周的風機加速電機內空氣的循環，再通過機座頂端的散熱筋板傳導散熱。二是通過機座內的冷卻介質噴淋系統將冷卻介質在噴灑在機座，吸熱后的冷卻介質蒸發后通過散熱筋板傳導散熱。

(2)感應發電機的鼠籠轉子的導條和端環通過攪拌摩擦焊焊接而成一體，避免使用焊條，且不會增加焊接電阻。

附圖說明

圖1為直驅式感應風力發電系統的結構示意圖。

圖2為圖1中增加三相輔助繞組的結構示意圖。

圖3為圖1中直驅式感應發電機的結構示意圖。

圖4為圖1中直驅式感應發電機的另一種結構示意圖。