[發(fā)明專利]一種雙速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910240908.2
• 申請(qǐng)日: 2019-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109931221B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝康福;李大偉;曲榮海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D9/25
• 分類號(hào): F03D9/25;H02K1/27
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括：同軸連接的葉輪、雙速永磁電機(jī)、變流器和變壓器；所述葉輪與所述雙速永磁電機(jī)的輸入端連接，所述雙速永磁電機(jī)的輸出端與所述變流器的輸入端連接，所述變流器的輸出端經(jīng)過(guò)所述變壓器與電網(wǎng)連接；所述雙速永磁電機(jī)能夠產(chǎn)生兩種不同極對(duì)數(shù)的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)額定工作轉(zhuǎn)速，用于將所述葉輪捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；所述變流器，用于通過(guò)開(kāi)關(guān)切換所述雙速永磁電機(jī)定子繞組的工作狀態(tài)，對(duì)電能轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理。本發(fā)明的雙速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率密度大，電機(jī)效率高，且雙速永磁電機(jī)產(chǎn)生能夠兩種不同極對(duì)數(shù)的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)額定工作轉(zhuǎn)速，增大了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電是除水力發(fā)電外最具有潛力的可再生能源發(fā)電技術(shù)。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)得到了飛速的發(fā)展，我國(guó)已成為名副其實(shí)的風(fēng)電大國(guó)。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性通常由一簇風(fēng)能利用系數(shù)C_p的無(wú)因次性能曲線來(lái)表示，風(fēng)能利用系數(shù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉尖速比λ的函數(shù)，如果保持漿距角不變，可用如圖1所示的C_p(λ)曲線表示風(fēng)能利用系數(shù)與葉尖速比的關(guān)系。葉尖速比λ可表示為其中Ω為風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪角速度，R為風(fēng)輪半徑， v為主導(dǎo)風(fēng)速，v_t為葉尖線速度。由于風(fēng)速的變化范圍很寬，如果風(fēng)輪轉(zhuǎn)速保持恒定，根據(jù)上式可知，葉尖速比λ變化范圍也將很寬，由圖1可知發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最佳風(fēng)能利用系數(shù)C_pmax點(diǎn)的機(jī)率很小。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)從風(fēng)中捕獲的機(jī)械功率可表示為其中ρ為空氣密度，A為風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)一周掃過(guò)的面積，由此可見(jiàn)，在風(fēng)速一定時(shí)，風(fēng)輪獲得的功率取決于風(fēng)能利用系數(shù)，為保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)械功率最大，需要使發(fā)電機(jī)在任何風(fēng)速下，都運(yùn)行在最佳風(fēng)能利用系數(shù)點(diǎn)下，根據(jù)圖1，需要使風(fēng)輪的葉尖速比λ保持在λ_opt，因此在風(fēng)速變化時(shí)，只要調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，使葉尖速度與風(fēng)速之比保持不變，就可獲得最佳的風(fēng)能利用系數(shù)，這就是變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的基本目標(biāo)。

現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要包括定速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；對(duì)于定速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于風(fēng)輪保持一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率較低，已逐步被變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所取代，而對(duì)于變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如發(fā)電單元采用雙速異步發(fā)電機(jī)，雖能實(shí)現(xiàn)較寬的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，但存在功率密度低的問(wèn)題；如發(fā)電單元采用永磁發(fā)電機(jī)提高功率密度，又存在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍窄的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種雙速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不能兼顧轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍與功率密度的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括：同軸連接的葉輪、雙速永磁電機(jī)、變流器和變壓器；

所述葉輪與所述雙速永磁電機(jī)的輸入端連接，所述雙速永磁電機(jī)的輸出端與所述變流器的輸入端連接，所述變流器的輸出端經(jīng)過(guò)所述變壓器與電網(wǎng)連接；

所述雙速永磁電機(jī)用于產(chǎn)生兩種不同極對(duì)數(shù)的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)額定工作轉(zhuǎn)速，用于將所述葉輪捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；

所述變流器，用于通過(guò)開(kāi)關(guān)切換所述雙速永磁電機(jī)定子繞組的工作狀態(tài)，以對(duì)電能轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理。

優(yōu)選地，所述雙速永磁電機(jī)采用極弧寬度不等的表貼或內(nèi)置磁鋼產(chǎn)生兩種不同極對(duì)數(shù)的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)額定工作轉(zhuǎn)速。

可選地，所述雙速永磁電機(jī)采用兩套極對(duì)數(shù)不同的定子繞組產(chǎn)生與所述磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)匹配的磁場(chǎng)。

進(jìn)一步可選地，所述兩套極數(shù)不同的定子繞組的工作狀態(tài)為：在低風(fēng)速狀態(tài)下，將開(kāi)關(guān)切換到多極對(duì)數(shù)定子繞組；在高風(fēng)速狀態(tài)下，將開(kāi)關(guān)切換到少極對(duì)數(shù)定子繞組。

可選地，所述雙速永磁電機(jī)采用一套定子繞組通過(guò)變極方式產(chǎn)生與所述磁鋼產(chǎn)生的磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)匹配的磁場(chǎng)。