[實用新型]三次諧波供電、受控旋變的風力發電機組

有效

• 申請號: 201220248423.1
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN202663349U
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 趙楊陽;黃文新
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P9/14
• 分類號: H02P9/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本實用新型所涉及的是采用三次諧波繞組供電、受控旋轉變壓器無刷勵磁的MW級同步風力發電機組結構及勵磁方法的設計。

背景技術

同步發電機采用直流電流勵磁，它的有功功率和無功功率可以根據需要進行調節，可滿足各種負載的需要，并且由于勵磁繞組和電樞繞組分開，易于實現高性能控制。這些特點使得同步發電機應用廣泛。并且隨著人們對新能源的關注，風力發電技術得到了快速發展，從國內外的研究狀況來看，目前應用于高壓直流風電場的直驅發電機主要采用的也是同步電機。它的勵磁形式包括電勵磁和永磁兩種。勵磁系統是同步發電機的一個重要組成部分，采用什么樣的勵磁方式和勵磁控制方式將直接影響到發電機的性能、可靠性和技術要求。為了提高發電機的可靠性，減小維護工作量，特別是要適合海上風力發電的需要，采用無刷勵磁技術越來越受到人們的重視。目前，用于同步電機無刷勵磁的方案已有多種，包括永磁勵磁、旋轉整流器式勵磁方式、附加非同步旋轉磁場感應耦合無刷勵磁技術等。采用三次諧波繞組供電、受控中頻旋轉變壓器無刷勵磁的方案為無刷勵磁同步風力發電機組提供了一種新穎的勵磁方法及電機機組結構形式。

從國內外文獻來看，對三次諧波繞組供電、受控中頻旋轉變壓器無刷勵磁方案的同步風力發電機的研究尚處于起步階段。之前，實用新型者設計的利用旋轉變壓器結構對同步發電機進行無刷勵磁時，采用了高頻無刷勵磁方案，該無刷勵磁系統以罐形磁芯形式的旋轉變換器構成非接觸式電能傳遞環節的主要部分，實現同步電機的無刷勵磁。但是，此類高頻方案理論上適用于同步風力發電機的無刷勵磁，而對于需要較大勵磁容量的大型風力發電系統，罐形磁芯結構的高頻旋轉變壓器的制作從成本和工藝上都具有不合理性；同時，該類方案采用外部直流電源勵磁，對于大功率系統，降低了系統穩定性。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種適用于大功率風力發電場的電機機組結構，及一種具有較強系統穩定性的同步風力發電機無刷勵磁方案。

為實現上述目的，需要從無刷結構以及勵磁方法等方面進行研究和改進，從而使得利用非接觸式能量傳遞方式進行無刷勵磁的方案適用于大型同步風力發電系統，這將拓展無刷勵磁風力發電系統的應用競爭力，帶來較大的經濟和社會效應。

這種三次諧波供電、受控旋變的風力發電機組，其特征由以下方式組成：

凸極同步主發電機由：三相基波繞組、三次諧波繞組和勵磁繞組組成；其中三相基波繞組的三相輸出端與系統外部相連；同時三相基波繞組的三相輸出端通過PI調節器與驅動脈沖發生電路的輸入端相連，驅動脈沖發生電路的輸出端與中頻逆變器的控制端相連；三次諧波繞組的三相輸出端經過三相整流橋與中頻逆變器的輸入端相連；中頻逆變器的輸出端與單相輸入三相輸出的中頻旋轉變壓器的輸入端相連，單相輸入三相輸出的中頻旋轉變壓器的輸出端經過旋轉整流器與勵磁繞組相連；中頻逆變器的輸入端還與蓄電池充電模塊相連。

根據上述的三次諧波供電、受控旋變的風力發電機組的勵磁方法，其特征包括以下過程：主發電機定子槽中安裝的三相基波繞組作為風力發電輸出端口，向外部電網或用電設備提供電能；同時，三相基波繞組需經過PI調節器接驅動脈沖發生電路，驅動脈沖發生電路的脈沖輸出作為中頻逆變器的控制信號，從而控制主發電機勵磁及輸出電壓。主發電機定子槽中的剩余空間安放三次諧波繞組，繞組感應出的電能經三相整流橋和中頻逆變器變換后產生單相中頻交流電，接至單相輸入三相輸出的中頻旋轉變壓器原邊繞組，通過旋轉變壓器非接觸式能量傳遞的方式將電能傳遞至其副邊轉子三相繞組，該三相繞組經旋轉整流器整流后接至主發電機的轉子勵磁繞組，實現主發電機的無刷勵磁；蓄電池充電模塊為初始激勵時提供電能，并聯在中頻逆變器的輸入端，蓄電池與二極管串聯，當電壓建立后由二極管阻斷。?