[發明專利]一種多變流模式的雙饋異步發電系統

在審

• 申請號: 201711058632.3
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107707078A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 謝寶忠
• 申請（專利權）人: 廣州華南鑫沨能源科技有限公司
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K11/04;H02J3/38;H02J9/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 江裕強,何淑珍

技術領域

本發明涉及變速恒頻發電系統的設計與運行維護，尤其涉及一種多變流模式的雙饋異步發電系統。

背景技術

隨著當前能源的緊張，風能、太陽能、潮汐能及波浪能等多種新能源的開發得到了越來越多的重視，在這些新能源的開發中廣泛地使用了變速恒頻發電機組。為了提高由風能、潮汐能及波浪能等驅動的原動機的能源轉化效率，原動機的轉速會在某個范圍內變化，由其驅動的發電機的轉速隨之變化，其電功率的頻率亦變化，需經變流器才能并入電網，導致其輸出的電功率不穩定，諧波含量高，由于這些能源具有不穩定性、隨機性的特點，使得其所發出的電能質量低，并入電網后對電網的影響較大，有時甚至要放棄這些能源，造成了較大的浪費。由于電網接納能力不足和新能源不穩定等自身特性導致的部分發電機暫停，限電導致電場運行經濟性下降，限電的主要原因是并網難題，新能源出力不穩定，要其他電源為其提供調峰服務，需建設抽水蓄能、燃氣發電等調峰、調頻電源，在調峰容量緊缺時，限電特別嚴重，優化規劃電源結構和電網布局，擴大電能消納市場，還需要通過科技創新，推動電能生產和消費的協調。

現有的變速恒頻發電系統主要包括雙饋異步發電機組及全功率變頻同步發電機組，每臺變速恒頻發電機組均配備一個機側變流器、一個網側變流器構成交-直-交的變流器。變流系統設計后，其結構是固定不變的，設計時為了滿足變流系統中的極限工況，各電源、負載需要配置較大的變流容量且容量固定不變，使得變流系統成本增加、靈活性降低，且當變流系統的功率器件出現故障后需要整個系統停機，成本大大增加。

目前，對于常規雙饋異步發電機組由于其轉差率的限制，正常運行時原動機的最低轉速較高，進而使得其需要較高的啟動轉速，且其啟動時不能以最優轉速運行，降低了發電機組的效率與經濟性。全功率變流的永磁同步發電機組由于存在齒槽轉矩使得其啟動轉速較高，且需要較大的變流器容量，使得機組的成本大大提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種多變流模式的雙饋異步發電系統。適用于雙饋異步發電機組的全功率變流及部分功率變流動態調整的變速恒頻發電系統的全新設計與現有機組的改造。

本發明通過下述技術方案實現。

一種多變流模式的雙饋異步發電系統，包括原動機及其傳動、雙饋異步發電機、動態重構變流器、測量控制模塊等。通過動態重構變流器內多路切換開關、并網接觸器的投切及動態重構變流器工作模式的轉換，發電系統在發電機轉速低于設定的切換轉速時以全功率變流的電勵磁同步或異步發電方式運行，在發電機轉速高于設定切換轉速時以部分功率變流的雙饋異步發電方式運行，并在部分變流支路故障時，通過重構變流系統結構及運行模式的調整使發電系統繼續運行。

原動機及其傳動由風力機、水輪機、汽輪機等機電能量轉換裝置，以及傳動軸、變速箱(有/無)等組成，用于將發電物質的能量轉化為機械能。

雙饋異步發電機為帶電刷滑環結構的異步發電機、雙繞組無刷雙饋發電機、多定轉子結構的無刷雙饋發電機等，用于將機械能轉換為電能。

動態重構變流器包括功率型電力電子器件、多路切換開關、并網接觸器及變流輔助模塊。功率型電力電子器件由二極管、晶閘管、MOSFET、IGCT及IGBT等不可控、半控及全控型的電壓型及電流型電力電子器件組成，用于實現交流、直流母線間的AC/DC整流、DC/AC逆變，直流母線之間的DC/DC變換，以及續流、開關、隔離等功能，并在測量控制模塊的控制下通過多路切換模塊連接不同的交流母線與直流母線，實現交流母線AC到直流母線DC之間的單向或雙向電能傳送，并根據運行狀態動態調整變流器的拓樸結構，當單個器件的耐壓、耐流不滿足要求時，可將多個同型號器件串聯、并聯，并增加均壓、均流電路； 并網接觸器連接發電機定子繞組與交流電網，在發電機以低轉速全功率變流模式運行時用于隔離定子繞組與電網，在發電機以高轉速部分功率變流模式運行時使定子繞組與電網連接，將定子繞組的功率直接送入電網；多路切換開關模塊用于將電力電子器件的功率端口切換到各交流母線的各相及各直流母線；變流輔助模塊包括直流濾波、交流濾波、電磁兼容EMC濾波、變壓器及光電耦合或電磁耦合，用于配合變流過程中所需的濾波、調壓、續流、隔離等。

測量控制模塊包括電壓、電流、頻率、功率、溫度、壓力、速度、轉速、角度等傳感器，信號調理電路、數字信號處理電路以及功率器件驅動電路、通訊電路等，用于測量發電系統各部件的運行參數，并跟據發電機組的運行狀態，控制多路切換模塊的投切，調整各部分的運行模式，使發電機組安全穩定運行。