[實用新型]一種多穩(wěn)態(tài)級聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機組

有效

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• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN203984196U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 威海戥同測試設(shè)備有限公司
• 主分類號: H02K17/12
• 分類號: H02K17/12;H02K17/30
• 代理公司: 北京怡豐知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種發(fā)電機，特別是涉及一種多穩(wěn)態(tài)級聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機組。

背景技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電機組包括兩種運行方式，一種是恒速恒頻運行方式，另一種是變速恒頻運行方式。在恒速恒頻的運行方式下，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速不變，從而保證和電網(wǎng)頻率一致的恒定的頻率，這種方式存在風(fēng)能利用率低、效率低、需要無功補償裝置、輸出功率不可控等缺陷。所以變速恒頻運行方式應(yīng)用的越來越廣，在變速恒頻的運行方式下，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，發(fā)電機組通過轉(zhuǎn)子勵磁電流相位頻率等的調(diào)節(jié)，使定子側(cè)輸出恒頻恒壓電能，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高，效率高。

目前實現(xiàn)變速恒頻運行方式的發(fā)電機組主要有雙饋異步發(fā)電機組和無刷雙饋發(fā)電機組，尤其是在兆瓦級的風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用很廣。

對于雙饋異步發(fā)電機組，其設(shè)置有高增速比的齒輪箱作為傳動部件、一臺局部功率(非全功率)的變頻器。

雙饋異步發(fā)電機通過控制轉(zhuǎn)子勵磁，使定子的輸出頻率保持在工頻。當(dāng)雙饋異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組通過三相低頻電流時，在轉(zhuǎn)子中會形成一個低速旋轉(zhuǎn)磁場，這個磁場的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速相疊加，使其等于定子的同步轉(zhuǎn)速，從而在發(fā)電機定子繞組中感應(yīng)出相應(yīng)于同步轉(zhuǎn)速的工頻電壓。當(dāng)風(fēng)速變化時，轉(zhuǎn)速隨之而變化，相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子電流的頻率和旋轉(zhuǎn)磁場的速度，就會使定子輸出頻率保持恒定。

當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速低于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機處于亞同步速運行，為了保證發(fā)電機發(fā)出的頻率與電網(wǎng)頻率一致，需要變頻器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供正相序勵磁，給轉(zhuǎn)子繞組輸入一個其旋轉(zhuǎn)磁場方向與轉(zhuǎn)子機械方向相同的勵磁電流，此時，轉(zhuǎn)子的制動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)子的電流必須與轉(zhuǎn)子的感應(yīng)反電動勢反方向，轉(zhuǎn)差率減小，定子向電網(wǎng)饋送電功率，而變頻器向轉(zhuǎn)子繞組輸入功率，輸入的功率是從電網(wǎng)吸收的，浪費電網(wǎng)的電能；當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機處于超同步速運行，為了保證發(fā)電機發(fā)出的頻率與電網(wǎng)頻率一致，需要給轉(zhuǎn)子繞組輸入一個其旋轉(zhuǎn)磁場方向與轉(zhuǎn)子機械方向相反的勵磁電流，此時變頻器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供負(fù)相序勵磁，以加大轉(zhuǎn)差率，變頻器從轉(zhuǎn)子繞組吸收功率；當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速等于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機處于同步速運行，變頻器應(yīng)向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁，此時，轉(zhuǎn)子的制動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)向相反，與轉(zhuǎn)子感生電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩同方向，定子和轉(zhuǎn)子都向電網(wǎng)饋送電功率。

雙饋異步發(fā)電機存在的最大問題是在低風(fēng)速下發(fā)電時需要變頻器從電網(wǎng)吸收電能給雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，這樣就使發(fā)電效率降低，同時變頻器會給電網(wǎng)帶來諧波污染。

對于無刷雙饋發(fā)電機，其定子有兩套相互獨立極數(shù)不同的繞組，一套是功率繞組，直接接電網(wǎng)，另一套是控制繞組，通過雙向四象限變頻器接電網(wǎng)，雙向四象限變頻器用來實現(xiàn)恒頻輸出效果。無刷雙饋發(fā)電機無需滑環(huán)和電刷，運行更可靠，但是仍然要使用雙向變頻器，導(dǎo)致成本依然很高，控制方法依然復(fù)雜，尤其對于兆瓦級級的機組，成本太高。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型就是為了解決現(xiàn)有雙饋發(fā)電機在低風(fēng)速下發(fā)電時效率較低的技術(shù)問題，提供一種發(fā)電效率高的多穩(wěn)態(tài)級聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機組。

本實用新型是在現(xiàn)有無刷雙饋發(fā)電機的基礎(chǔ)上的改進(jìn)。

本實用新型的技術(shù)方案是，提供一種多穩(wěn)態(tài)級聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機組，包括無刷雙饋發(fā)電機、第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)，無刷雙饋發(fā)電機的定子繞組包括相互獨立極數(shù)不同的第一套定子繞組和第二套定子繞組，第一套定子繞組設(shè)有三個首端和三個尾端，第二套定子繞組設(shè)有三個首端和三個尾端；第一套定子繞組的三個首端與第一開關(guān)裝置連接，第一套定子繞組的三個尾端與第一套定子繞組星接開關(guān)連接，第一套定子繞組的三個首端和第一套定子繞組的三個尾端之間通過第一套定子繞組角接開關(guān)連接；第二套定子繞組的三個首端與第二開關(guān)裝置連接，第二套定子繞組的三個尾端與第二套定子繞組星接開關(guān)連接，第二套定子繞組的三個首端和第二套定子繞組的三個尾端之間通過第二套定子繞組角接開關(guān)連接。

優(yōu)選地，開關(guān)裝置為接觸器或電力電子開關(guān)裝置。

優(yōu)選地，還包括控制器和轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)于無刷雙饋發(fā)電機上且與控制器連接，第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)分別與控制器連接。

本實用新型的有益效果是，可完成多級(至少8種)工作模式，無論是在高風(fēng)速或低風(fēng)速下，都能滿足發(fā)電要求，發(fā)電效率大大提高，風(fēng)能利用率更高。