[發明專利]一種高溫超導勵磁磁通切換電機構成的直驅型風力發電系統

有效

• 申請號: 201210160986.X
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102710200A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王玉彬;孫建鑫;孫永興
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: H02P9/14
• 分類號: H02P9/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，為一種高溫超導電機構成的直驅型風力發電系統。

背景技術

隨著全社會對能源和環境問題的持續關注，可再生能源的開發利用正呈現出加速發展的趨勢。風能作為目前人類所掌握的開發應用技術最為成熟的可再生能源之一，憑借其可開發量大、分布區域廣、安全環保等優點，在社會經濟可持續發展中發揮著重要的作用。綜觀目前國內外已投運和正在研發的風力發電系統，基本可歸為兩大類。第一類是以機械式增速齒輪箱為中間環節的高速風電系統。通常，由風能驅動的風力機工作在較低的轉速(幾十轉/分)，而傳統的同步或異步發電機由于極數限制，轉速都較高，因此該類型系統必須采用多級齒輪箱對風力機轉速進行增速，使之接近異步電機的額定轉速。但增速齒輪箱不僅體積大、笨重，而且故障率較高，需要經常維護，是風力發電系統中最薄弱的環節；第二類是近年出現的直驅風力發電系統，取消了增速齒輪，因此具有效率高、動態響應快、維護費用低等優點。然而，直驅發電機通常在每分鐘幾十轉的低速下工作，為保證其輸出電壓和頻率在正常的范圍內，發電機需要采用較大的定轉子直徑和較多的極對數，體積大，質量重，給發電機的設計、制造、運輸和安裝等增加了難度。

可見，高速風力發電系統和直驅風力發電系統具有各自的優缺點：前者具有技術成熟、變流器控制容量較小、變速運行范圍較寬等優點，但齒輪箱和轉子滑環的使用增加了機械故障發生的概率；后者具有效率高、無增速齒輪箱等優點，但大型直驅風力發電機體積龐大而且笨重，使得機組的運輸、安裝困難。而且，直驅發電機的氣隙磁場調節困難，其輸出電壓隨風速的波動很大，增加了全功率雙向PWM并網變流器的控制難度及其所采用大功率電力電子器件的成本。因此，將高速風電系統的輸出電壓穩定與直驅風電系統的無增速齒輪箱相結合，集二者之優點，開發無增速齒輪箱、體積小、重量輕，并且輸出電壓幅值隨風速的波動基本保持不變或能夠穩定在一定范圍內，從而使得控制簡單的直驅型風力發電系統，已成為當前大功率風力發電系統的研究熱點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：現有大型永磁直驅風力發電機體積龐大、笨重，使得機組的運輸、安裝困難；而且，永磁直驅發電機的氣隙磁場調節困難，其輸出電壓隨風速的波動很大，增加了全功率雙向PWM并網變流器的控制難度及其所采用大功率電力電子器件的成本；需要一種克服現有永磁直驅風力發電系統弊端，能夠高功率密度、高效率、控制方便、運行穩定的直驅型風力發電系統。

本發明的技術方案是：一種高溫超導勵磁磁通切換電機構成的直驅型風力發電系統，包括風力機、高溫超導勵磁磁通切換電機、不可控整流器模塊、電池組模塊、直流變換模塊、逆變器模塊、并網變壓器，運行模式控制模塊和中央控制單元，風力機連接高溫超導勵磁磁通切換電機，不可控整流器模塊、電池組模塊、逆變器模塊，連接在高溫超導勵磁磁通切換電機與并網變壓器之間，直流變換模塊跨接在電池組模塊兩端，中央控制單元分別與電池組模塊、逆變器模塊、風力機、運行模式控制模塊和直流變換模塊相連；其中高溫超導勵磁磁通切換電機由電樞繞組、高溫超導勵磁繞組、凸極轉子、模塊化定子組成。

其中，運行模式控制模塊由高溫超導勵磁發電運行控制模塊和開關磁阻發電運行控制模塊并聯組成，電池組模塊連接開關磁阻發電運行控制模塊和高溫超導勵磁發電運行控制模塊，并提供電能，開關磁阻發電運行控制模塊和高溫超導勵磁發電運行控制模塊分別與中央控制單元相連。

本發明的高溫超導勵磁磁通切換電機的電樞繞組可以為常規電樞繞組或高溫超導繞組。

本發明具備高溫超導勵磁發電運行和開關磁阻發電運行兩種運行模式：