[實用新型]風(fēng)力發(fā)電設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120140959.7
• 申請日: 2011-05-06
• 公開（公告）號: CN202076803U
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘迪;托馬斯·安東尼·立波
• 申請（專利權(quán)）人: 潘迪;托馬斯·安東尼·立波
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 昆明大百科專利事務(wù)所 53106
• 代理人: 何健

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及應(yīng)用電力電子變頻及并網(wǎng)技術(shù)以及電機(jī)控制技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

風(fēng)能是目前運(yùn)用最廣的可再生清潔能源之一。為提高風(fēng)力捕捉性能，目前大功率的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多為變速雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子側(cè)直接或通過變壓器與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子測與電力電子變頻器相連接，從而控制轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率、電流幅值及相位，達(dá)到控制發(fā)電機(jī)，捕捉最大風(fēng)能等目的。電力電子變頻器由整流器和逆變器組成，中間通過直流母線連接，配有濾波電容。這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于電力電子變頻器的額定功率通常只有整個發(fā)電系統(tǒng)額定功率的百分之三十。但是由于轉(zhuǎn)子側(cè)電路需要通過滑環(huán)與電力電子變頻器連接，增加了系統(tǒng)維護(hù)成本，同時也降低了系統(tǒng)的可靠性。另外，異步電機(jī)功率密度相對較低，同樣功率的異步發(fā)電機(jī)建設(shè)及安裝成本要高于同步發(fā)電機(jī)特別是永磁同步發(fā)電機(jī)。

由于上述問題，運(yùn)用永磁同步發(fā)電機(jī)和全功率電力電子變頻器的大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)越來越受到關(guān)注。這種系統(tǒng)采用效率更高的永磁同步發(fā)電機(jī)從而達(dá)到更高的發(fā)電效率降低風(fēng)機(jī)建設(shè)安裝成本。其中有些系統(tǒng)還通過增加發(fā)電機(jī)電極數(shù)的設(shè)計減少加速齒輪的級數(shù)，甚至徹底避免使用加速齒輪箱從而降低損耗、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。但是這種系統(tǒng)需要昂貴的全功率電力電子變頻器。一種降低變頻器成本的方法是不使用背靠背（back-to-back）的兩個全可控電壓源變頻器，而使用二極管整流器替代發(fā)電機(jī)測的可控變頻器。由于二極管整流器不可控，如果要實現(xiàn)發(fā)電機(jī)控制和優(yōu)化風(fēng)能捕捉，必須在二極管整流器和直流母線之間增加一個直流升壓變換器（boost?converter）。雖然在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上升壓變換器只是用了一個電力電子開關(guān)器件，但是在實際的系統(tǒng)中，升壓變換器串聯(lián)于系統(tǒng)中，必須按照全功率來設(shè)計。因而拓?fù)渲械拈_關(guān)器件在實際中常常需要通過多個開關(guān)器件串、并聯(lián)來實現(xiàn)。另外，基于二極管整流器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于交流測電壓不可控，發(fā)電功率經(jīng)常會小于發(fā)電機(jī)的額定功率。也就是說需要安裝在風(fēng)機(jī)塔頂?shù)陌l(fā)電機(jī)不能得到充分利用，既浪費(fèi)了電機(jī)生產(chǎn)如稀土磁鐵，磁鋼及銅等材料，又無謂地增加了風(fēng)機(jī)塔的建設(shè)成本。因此，這種運(yùn)用二極管整流器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并沒有在大功率風(fēng)力發(fā)電中得到廣泛的運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)的全功率可控電力電子變頻器風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和二極管整流器加直流升壓變換器風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本實用新型提出了一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，旨在保證風(fēng)力捕捉性能的基礎(chǔ)上大大降低電力電子逆變器成本，提高發(fā)電機(jī)利用效率，解決傳統(tǒng)使用二極管整流器的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)電機(jī)利用率低的問題。

本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括使用獨(dú)立繞組的永磁同步交流風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)三相繞組的一端串聯(lián)連接二極管整流器，二極管整流器直流端與網(wǎng)側(cè)逆變器的直流母線連接，二極管整流器作為發(fā)電機(jī)與直流母線間的能量轉(zhuǎn)換元件，將發(fā)電機(jī)的交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能；發(fā)電機(jī)三相繞組的另一端串聯(lián)接入補(bǔ)償電壓源逆變器；在網(wǎng)側(cè)逆變器和補(bǔ)償電壓源逆變器之間還串聯(lián)有可注入電路的電壓幅值和相位的控制器；網(wǎng)側(cè)逆變器的交流輸出端與并網(wǎng)變壓器連接，并網(wǎng)變壓器與電網(wǎng)連接。

本實用新型在二極管整流器交流側(cè)上還可以并聯(lián)連接濾波器。

本實用新型所述二極管整流器為使用兩電平的整流器或多變頻的二極管整流器。

本實用新型所述補(bǔ)償電壓源逆變器為電壓源電力電子變頻器。

本實用新型所述網(wǎng)側(cè)逆變器為全控的兩電平逆變器或多電平逆變器。

本實用新型在串聯(lián)補(bǔ)償逆變器的直流母線上連接有儲能元件。

本實用新型在保證風(fēng)力捕捉性能的基礎(chǔ)上可大大降低電力電子逆變器成本，提高發(fā)電機(jī)利用效率，解決傳統(tǒng)使用二極管整流器的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)電機(jī)利用率低的問題。

下面結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步闡述本實用新型內(nèi)容。

附圖說明

圖1為本實用新型示意圖；

圖2為本實用新型的基于兩電平整流器和逆變器的實例電路圖；

圖3為本實用新型補(bǔ)償變壓器工作相量示意圖；

圖4為本實用新型與恒轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)配合使用實例的控制方法示意圖；

圖5為本實用新型與變轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)配合使用實例的控制方法示意圖。

具體實施方式