[發明專利]海上大型直驅開關磁阻風力發電機功率變換器及其系統

有效

• 申請號: 201410853077.3
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104539206A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 孫冠群
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02K16/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及海上風力發電領域，具體涉及海上風電場大型直驅開關磁阻風力發電機功率變換器及其系統。

背景技術

相對陸地風能，海上風能的優點是風速更高、風力更持續，在我國，開放性海域的風速平均比陸地風速要高30％-40％，近海區域要高15％-20％，用于發電能夠多發50％-70％的電能。

雖然人們對風電的開發已有五十年之久，但主要集中在陸地上，建設大型海上風電場的經驗比較缺乏；海上風電的主要缺點是在海水中建設塔架和平臺(海上變電站)以及發電機組安裝等成本頗高，維護運行的成本也遠高于陸地，從而對風電機組及其電力傳輸的高效、穩定、可靠要求更高，同時在變流、輸電等多項技術上也有著不同的特點和要求。

鑒于海上風電開發成本遠高于陸地，降低成本在海上風電發展初期就成為要面臨的重要現實問題，雖然選用更大功率的發電機組能節省單位功率投資額，但風電系統越來越大的體積和重量使得安裝成本持續上升；簡化結構是一個方向，如采用直驅型的永磁同步發電機組，省去了齒輪箱，但永磁同步發電機的制造工藝復雜，造價高，海上安裝成本更高，同時隨著機組容量的不斷增大，配套的大功率變頻器價格昂貴更增加了其使用成本，高性能的永磁材料的應用也使得發電機本身的價格昂貴。

開關磁阻發電機(Switched?Reluctance?Generator，簡稱：SRG)結構簡單，轉子上無刷、無繞組、無永久磁體；其運行時相當于一個電流源，這樣在一定轉速范圍內，輸出端電壓不會隨著轉速的變化而變化，這非常適合于當前主流的變速運行的風力機，可提高風能的利用效率；更重要的是它直接發出為直流電，適應了當前海上風電以高效的直流方式進行電力傳輸趨勢的需要，省去了整流環節；由于這些特性，開關磁阻發電機可以在風力直接驅動下實現較高的發電效率，從而省去了齒輪箱，使整個發電系統結構更加簡潔、可靠，這也正是風力發電系統的發展趨勢；而在運行過程中，開關磁阻發電機可控參數多，如開關角控制、電流斬波控制、PWM控制等，可方便的實現比較復雜的控制策略，靈活的控制輸出直流電壓和電流，也大大降低了低電壓穿越的技術壓力；可見，開關磁阻發電機引入海上風電，完全符合安裝困難、成本高、維護保養困難的海上風電發展的需要，即高效率的實現風能的轉換，結構的簡潔化意味著更高的可靠性更少的維護以及更低的安裝成本和設備采購成本。

關于大型開關磁阻發電機用于大型風力發電場的研究和實踐至今已有一些，其中，專利：CN102223034B，大型直驅開關磁阻風力發電機及其機組系統，2013.04.10，提出了一種內外雙定子結構的開關磁阻發電機，提高了開關磁阻發電機的功率密度，這是一個重要的方向，即單位功率下的重量和體積減小，或者說單位重量或體積下的功率增大，非常適合于海上風電發展的需要。

國內外研究表明，采用高壓直流(High-Voltage?Direct?Current，簡稱：HVDC)的方式傳輸電力對于海上風電最為方便經濟，但是，如果采用傳統的雙饋異步或者永磁同步交流發電機，大多要通過每臺交流發電機組連接的交流變壓器先升壓至中壓，然后集中到海上變電站轉換成直流輸送，由岸上變電站的逆變器逆變后連接交流電網；其結構復雜，電能需要經過多次交流和直流之間的轉換；而開關磁阻發電機直接發出直流電，至少省去了一個整流環節。