[實用新型]基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組

有效

• 申請號: 201220137938.4
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN202513589U
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 張憲平;王文亮;秦明;郭靖
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/04
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所 11303
• 代理人: 遆俊臣

技術領域

本實用新型涉及風力發電領域，特別是涉及一種基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組。

背景技術

海上風電具有資源豐富、發電利用小時高、不占用土地和適宜大規模開發的特點，是全球風電發展的最新前沿。根據我國正在制定的“十二五”能源規劃和可再生能源規劃，2015年，我國將建成海上風電500萬千瓦，形成海上風電的成套技術并建立完整產業鏈，2015年后，我國海上風電將進入規模化發展階段，達到國際先進技術水平。2020年我國海上風電將達到3000萬千瓦。因此，海上風電是未來風電領域的發展趨勢。

海上風力發電采用大功率風電機組更為有利。但是現在使用的風力發電機組存在如下問題：首先，在發電機功率變大后，重量會很大；其次，發電機與風力機之間要采用齒輪箱變速，齒輪箱容易出現故障，可靠性低，經常需要維修；另外，現有的風電機組要通過升壓變壓器才能同10kV電網連接，在海上還需要建設專門的變壓器平臺，增加了風電機組的設備和安裝難度。特別是，海上風電場使用的大功率風力發電機組，由于潮濕環境、鹽霧、微生物腐蝕等對發電設備的侵蝕，給海上風電場碩大超重的發電機組維修保養，帶來了極大的困難和巨大的經濟負擔。

由此可見，上述現有的海上風力發電機組在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創設一種可省去齒輪箱，降低故障率、整機的重量和風電場建設成本的新的基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組，實屬當前業界極需改進的目標。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組，使其可省去齒輪箱，降低故障率、整機的重量和風電場建設成本，從而克服現有的海上風力發電機組的不足。

為解決上述技術問題，本實用新型一種基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組，包括風力機、主軸、低速高溫超導發電機、發電機側變流器、電網側變流器和總控制器，其中：主軸連接風力機和發電機；發電機側變流器和電網側變流器之間連接有直流電容；總控制器與發電機側變流器、電網側變流器通訊連接。

作為本實用新型的一種改進，所述的發電機側變流器和電網側變流器采用四電平拓撲結構。

所述的發電機側變流器和電網側變流器均包括三個并聯的橋臂；每個橋臂均由六個首尾相接串聯的IGBT模塊組成；每個IGBT模塊由一個IGBT與一個反向二極管并聯組成；每組橋臂中的最上端的IGBT的集電極與所述直流電容的正端連接；每組橋臂中最下端的IGBT的發射極與所述直流電容的負端連接；每組橋臂最上端IGBT的發射極與最下端IGBT的集電極之間連接有電容器；每組橋臂上端第二個IGBT的發射極與下端第二個IGBT的集電極之間連接有電容器。

所述的電網側變流器的橋臂與電網之間還設置有濾波器。

所述的發電機側變流器的橋臂與發電機之間還設置有du/dt濾波器。

所述的發電機定子、電網側變流器與發電機側變流器的額定電壓均為10kV。

采用這樣的設計后，本實用新型的優點在于：

1、可省去普通風電機組所需的齒輪箱，簡化系統的傳動鏈，降低了故障率，提高了設備的可靠性；

2、變流器采用四電平拓撲結構，提高了變流器電壓等級，可以直接并接在10kV電網，電機側變流器可調節發電機的輸出功率，電網側變流器可滿足直流電壓穩定、電流正弦性好、功率因數可調等并網要求，省去了風電場的升壓變壓器和變壓器海上平臺，節省了風電場建設成本；

3、發電機采用高溫超導電機，提高了風機發電效率，可以大大降低風電機組的重量和能量損耗，有利于運輸及海上安裝，降低了風電機組的海上平臺建設成本；

4、本實用新型所有設備均考慮到防海水腐蝕、防鹽霧等要求，特別適于在海上風力發電領域推廣應用。

附圖說明

上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，以下結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1是本實用新型基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組的組成示意圖。

圖2是本實用新型基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組的高壓大功率變流器拓撲結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本實用新型基于超導電機的高壓大功率直接驅動型海上風力發電機組，包括風力機1、主軸2、低速高溫超導發電機3、發電機側變流器5、電網側變流器7和總控制器10。