[發(fā)明專利]一種基于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710460950.6
• 申請日: 2017-06-18
• 公開（公告）號: CN107240930A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳小明
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙無道工業(yè)設(shè)計有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/18;H02J7/32;F03D9/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

風力發(fā)電是大規(guī)模利用清潔能源的有效途徑，由于其在減輕環(huán)境污染、改善能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來越受到世界各國的重視。近年來，風力發(fā)電技術(shù)取得了長足的進步和發(fā)展，大規(guī)模、大容量的風電場在世界各地相繼投產(chǎn)。但由于風電機組的輸出功率主要受風速、氣壓、溫度等多方面影響，因此經(jīng)常發(fā)生波動。當風電接入容量達到一定比例時，其輸出功率的隨機波動將給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來一些負面影響，如頻率不穩(wěn)定、電壓閃變和跌落、諧波污染等，特別是當系統(tǒng)備用容量不足時，影響更加明顯。

能源和環(huán)境是當今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題，對可再生能源的開發(fā)利用，特別是對風能的開發(fā)利用已受到世界各國的高度重視，雙饋風力發(fā)電機控制技術(shù)也已經(jīng)較為成熟。但風能與常規(guī)能源不同，具有隨機性，因此，大規(guī)模的風電并網(wǎng)會對電網(wǎng)造成不利影響，并且會給電網(wǎng)調(diào)度工作帶來困難。近年來，針對減小風能隨機性帶來的危害開展了不少研究，儲能設(shè)備性能的不斷完善也為平抑風力發(fā)電輸出功率提供了更為強大的硬件支持。

雙饋式風力發(fā)電機是由英國學者的設(shè)想而來，在自級聯(lián)導發(fā)電機研發(fā)基礎(chǔ)上，逐漸研發(fā)而來，雙饋式發(fā)電機與繞線異步電機有著結(jié)構(gòu)類似性，因定子、轉(zhuǎn)子兩部分均可以饋出、饋入電能，所以稱之為雙饋。另外，因雙饋式發(fā)電機利用轉(zhuǎn)子形成交流，因此，雙饋式發(fā)電機又叫做交流勵磁發(fā)電機。雙饋式風力發(fā)電機，雙饋主要指電機定子、轉(zhuǎn)子，都能完成電力供應(yīng)。通常而言，雙饋式發(fā)電機是由接線盒、轉(zhuǎn)子、定子、冷卻系統(tǒng)、滑環(huán)系統(tǒng)和傳動結(jié)構(gòu)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一般為散嵌繞組、半線圈與成型繞組構(gòu)成。滑環(huán)系統(tǒng)包含滑環(huán)座、維護罩、碳刷、風扇等構(gòu)成，滑環(huán)環(huán)氧澆注式、熱套式類型，冷卻系統(tǒng)包含水冷式和風冷式方式。從某種性質(zhì)來看，雙饋式發(fā)電機屬于異步式發(fā)電機范圍，這類發(fā)電機具有同步式發(fā)電機的勵磁繞組，一般用于功率因素、勵磁過程的調(diào)控，所以雙饋式發(fā)電機具有異步、同步兩種優(yōu)點。針對雙饋式發(fā)電機定子貼心，有相同形狀凹槽的均勻分布，主要是用于嵌入定子繞組，通過定子三相電流，產(chǎn)生一定旋轉(zhuǎn)磁場。在轉(zhuǎn)子中，利用嵌入絕緣導線，可組成三相繞組。在轉(zhuǎn)子上引出三相線，再連接轉(zhuǎn)軸的集電環(huán)，通過電刷引出。通常而言，定子和工頻電網(wǎng)能夠直接連接，轉(zhuǎn)子通過變換器與電網(wǎng)連接，以便于轉(zhuǎn)子的交流勵磁。同時，雙饋式發(fā)電機的成本較低、體積較小，調(diào)節(jié)方式為無功率調(diào)節(jié)，且抗電磁的干擾能力強，具有簡便易行的特點。發(fā)電機勵磁過程和供電網(wǎng)絡(luò)沒有直接聯(lián)系，由轉(zhuǎn)子即可直接完成所處電路。所以雙饋式發(fā)電機的輸出能量較為穩(wěn)定，在工作過程中，電網(wǎng)通常不會發(fā)生較大的波動幅度。雙饋式發(fā)電機系統(tǒng)利用電機勵磁過程的控制，能夠準確和快速地調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)狀態(tài)、功率因素。此外，對于風力變化影響，雙饋式發(fā)電機適應(yīng)能力較強，可保持穩(wěn)定的輸出能力。

將超導儲能接在風電場的直流母線上，再通過控制電力電子變換器與電網(wǎng)連接保證并網(wǎng)功率平穩(wěn)。利用超級電容儲能來平穩(wěn)風力發(fā)電設(shè)備輸出功率波動。以上一類方法都將儲能裝置通過電力電子變換器并聯(lián)在風電設(shè)備公共并網(wǎng)點(PCC)上，對輸出端口進行集中補償，能夠很好地保證并網(wǎng)點功率輸出平穩(wěn)。但是這種補償方式也存在以下不足：①儲能裝置與各個風力發(fā)電系統(tǒng)是相對獨立的系統(tǒng)，在補償過程中需要一個上層能量管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，從而增加了控制復雜度，影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)；②這種集中型的補償模式一旦在儲能裝置故障的情況下，各發(fā)電單元都不能按需求工作，從而降低了系統(tǒng)的可靠性；③對于增加的儲能裝置，需要通過大功率的DC/AC變換器接入電力系統(tǒng)，增加了整個系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種基于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)，是一種智能化、模塊化、機械化的裝置，雙饋式發(fā)電機并入SVG補償裝置后，在不同風速下，雙饋式發(fā)電機并網(wǎng)點電壓穩(wěn)定，將儲能系統(tǒng)加入背靠背變換器的直流母線中，有效地抑制了風速隨機化引起的風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點輸出功率的波動，超級電容器與蓄電池組的組合使用，延長了蓄電池組的使用壽命，克服了蓄電池組單獨運行時充放電過于頻繁的不足。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)，包括風力機，所述風力機一端連接變速箱，風力機利用風力機葉片將風能收集并通過變速箱對收集到的風能進行處理，然后送入雙饋式發(fā)電機中，將風能作用在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的機械能，將吸收的葉片轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為作用在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的機械轉(zhuǎn)矩，通過雙饋式發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，將所得的電能經(jīng)過轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器和電網(wǎng)側(cè)PWM變換器進行處理后輸入電網(wǎng)；