[發(fā)明專利]兆瓦級直驅(qū)型鼠籠異步發(fā)電機交-直-交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110348293.9
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102386633A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李興;白德芳;郭自勇;王文舉;龍浩;王丹;于長義;丁雅麗;王緒寶;孫賢大;崔效毓
• 申請（專利權(quán)）人: 榮信電力電子股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02M5/458
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所 21224
• 代理人: 張群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種以中壓鼠籠異步發(fā)電機作為風(fēng)力發(fā)電機的兆瓦級直驅(qū)型鼠籠異步發(fā)電機交-直-交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

國內(nèi)目前現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要采用兩種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)：直驅(qū)型與雙饋型。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機主要采用永磁同步發(fā)電機，其主要缺點在于：永磁材料價格飛漲，導(dǎo)致制造永磁同步發(fā)電機的成本大幅度上升，嚴重影響風(fēng)電場建設(shè)成本與風(fēng)力發(fā)電方式的競爭力；雙饋型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)采用線繞轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機，雖然其成本低、重量輕，但由于存在增速齒輪箱，且電機本身帶有電刷，導(dǎo)致系統(tǒng)運行的可靠性低，特別是長期以來難以解決由于電網(wǎng)電壓偶爾跌落而使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無法正常運行的問題，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)難以實現(xiàn)低電壓穿越功能。

為了解決永磁同步發(fā)電機成本高的問題，有人提出采用電勵磁同步發(fā)電機替代永磁同步發(fā)電機的設(shè)想。然而在相同功率等級下，電勵磁同步發(fā)電機要遠比永磁同步電機重量重很多，給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)新增許多結(jié)構(gòu)、機械承受力方面的問題；而且由于有刷式電勵磁同步發(fā)電機帶有電刷，影響了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行的可靠性，而無刷式電勵磁同步發(fā)電機長度更長、重量更重，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)與機械承受力方面的問題更加突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種兆瓦級直驅(qū)型鼠籠異步發(fā)電機交-直-交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用中壓鼠籠異步發(fā)電機，尺寸小、重量輕、安裝方便、免維護；電壓等級為中壓；無需增速齒輪箱與電刷等特點，可以更大限度提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量，降低制造大容量電機的難度與成本，提高系統(tǒng)可靠性，便于實現(xiàn)低電壓穿越功能。

本發(fā)明采用基于全控型功率開關(guān)器件的功率單元串聯(lián)技術(shù)，使電壓等級升高至中壓，系統(tǒng)承受電流等級大大降低，當電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時電壓跌落故障時，可提供更高的對電網(wǎng)的支撐能力，提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行的安全性與可靠性；同時多功率單元串聯(lián)的方式還可以實現(xiàn)多電平輸出，提高輸出電能質(zhì)量，減少了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的污染；此外，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的交-直-交型變流器兼有動態(tài)無功發(fā)生器的功能，可以對電網(wǎng)的無功進行實時、有效地補償。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

兆瓦級直驅(qū)型鼠籠異步發(fā)電機交-直-交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括鼠籠異步發(fā)電機、兆瓦級四象限交-直-交變流器、移相變壓器，所述的兆瓦級四象限交-直-交變流器為多個功率單元串聯(lián)組成的鏈式結(jié)構(gòu)，每相為一條變流鏈；三個變流鏈的一端連接在一起形成該三相的星形中性點，三個變流鏈的另一端與鼠籠異步發(fā)電機對應(yīng)的定子繞組相連；鼠籠異步發(fā)電機發(fā)出的三相交流電，經(jīng)每相變流鏈中的功率單元整流模塊整流轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)該功率單元的逆變模塊將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，每個變流鏈中各功率單元的三相交流輸出端再連接至移相變壓器對應(yīng)相的副邊繞組；通過移相變壓器的鐵心耦合至移相變壓器的原邊三相繞組，變壓器的原邊A、B、C三相繞組分別與電網(wǎng)的A、B、C三相連接，實現(xiàn)向電網(wǎng)輸送中高壓電能。

所述的鼠籠異步發(fā)電機的三相輸出端直接與兆瓦級四象限交-直-交變流器對應(yīng)相變流鏈功率單元整流模塊相連接，機械傳動無需增速齒輪箱。

所述的鼠籠異步發(fā)電機采用中壓鼠籠異步發(fā)電機。

所述變流鏈的功率單元由H橋整流模塊、直流支撐電容、斬波制動模塊和三相逆變模塊由輸入側(cè)至輸出側(cè)依次連接組成，每個變流鏈中n個H橋整流模塊相連接構(gòu)成鏈式結(jié)構(gòu)，三個變流鏈的一端連接在一起形成該三相的星形中性點，三個變流鏈的另一端與鼠籠異步發(fā)電機對應(yīng)的定子繞組相連；每條鏈中每個功率單元的逆變模塊三相交流輸出端連接至移相變壓器對應(yīng)相的副邊繞組，向電網(wǎng)輸送中高壓電能。

該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)除適用于三相鼠籠異步發(fā)電機外，還可與多相鼠籠異步發(fā)電機配套使用，如多相鼠籠異步發(fā)電機具有M套三相定子繞組，則所述兆瓦級四象限交-直-交變流器具有3M條變流鏈，與每套定子繞組相連的三個變流鏈的一端連接在一起，每條變流鏈另一端連接至多相鼠籠異步發(fā)電機每套定子繞組中的一相。

所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還可兼作動態(tài)無功發(fā)生器，實現(xiàn)對電網(wǎng)的無功進行實時補償。

與現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，本發(fā)明在以下諸方面具有顯著優(yōu)勢：

1)與永磁同步發(fā)電機相比，制造鼠籠異步發(fā)電機的成本遠比制造永磁同步發(fā)電機的成本低很多，使建設(shè)風(fēng)電場更具經(jīng)濟效益。

2)與有刷電勵磁同步發(fā)電機和無刷電勵磁同步發(fā)電機相比，鼠籠異步發(fā)電機體積小、重量輕、安裝方便、免維護、成本低、可靠性高，可減少發(fā)電系統(tǒng)新增許多結(jié)構(gòu)、機械承受力方面的問題。