[實用新型]柔性直流輸電用雙饋型磁懸浮垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920569612.0
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN209730825U
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 褚曉廣;蔡彬;孔英
• 申請（專利權(quán)）人: 曲阜師范大學(xué)
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02P9/00;F03D9/25;F03D7/06;H02P101/15;H02P103/20
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本實用新型公開了一種柔性直流輸電用雙饋型磁懸浮垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)，采用永磁同步發(fā)電機和1/3額定功率的盤式電機，共同形成風電系統(tǒng)雙饋電結(jié)構(gòu)，盤式電機為功率調(diào)控單元和懸浮機構(gòu)，靈活調(diào)控風機旋轉(zhuǎn)體懸浮和摩擦阻尼，永磁同步發(fā)電機主功率輸出非控機制，將機側(cè)變流器由全控橋調(diào)整為非可控整流器，降低垂直軸發(fā)電系統(tǒng)成本；采用四點氣隙跟蹤控制以及綜合考慮同步性能的交叉耦合控制器，協(xié)同完成風機多自由度懸浮，采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向?qū)⒈P式電機定子電流解耦，采用雙閉環(huán)串級控制，實施風機優(yōu)化轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的漸進跟蹤；采用四點阻尼調(diào)控摩擦轉(zhuǎn)矩，結(jié)合盤式電機的最大轉(zhuǎn)矩補償控制，嚴格控制永磁發(fā)電機額定功率輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種柔性直流輸電用雙饋型磁懸浮垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)，屬于風電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著能源危機和環(huán)境污染日趨嚴重，作為嚴格無污染的風力發(fā)電日益受到世界各國關(guān)注，我國已明確將風力發(fā)電從補充能源提升至替代能源戰(zhàn)略地位。但我國大部分區(qū)域平均風速低于5-6m/s，加大大功率低風速風力發(fā)電機型及其控制策略的研究，是推動低風速風電發(fā)展，實現(xiàn)風電真正實用化的有效途徑。垂直軸風力發(fā)電機無需水平軸風力發(fā)電機必需的偏航裝置，具有啟動風速低、安裝簡便等優(yōu)勢，特別是磁懸浮軸承技術(shù)的引入，使得風力機的起動阻力矩大幅降低，非常適合低風區(qū)域的弱風型風電場。馬來西亞泰萊大學(xué)、諾丁漢大學(xué)和馬尼帕爾國際大學(xué)利用永磁體陣列和定子鐵芯構(gòu)成被動懸浮，將啟動風速降低至2-3m/s；美國環(huán)球風能科技、江蘇大學(xué)、香港理工大學(xué)等都先后采用主被動懸浮軸承，將垂直軸風力發(fā)電機起動風速大幅降低，但功率等級一般在15kW以下。內(nèi)蒙古索力德風電公司和廣州雅圖新能源有限公司，采用磁懸浮軸承以及多層槳葉采風機構(gòu)，開發(fā)了MW級的垂直軸風力機，起動風速減小至3-3.5m/s，但存在以下問題：采用機械耦合裝置完成發(fā)電機和風機旋轉(zhuǎn)體的耦合，存在風能捕獲控制滯后、機械沖擊以及輸出功率波動等問題；采用全功率機側(cè)變流器調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速和傳輸功率，開關(guān)損耗大、故障率高，控制自由度少；多層風機采風系統(tǒng)的高度差所致傾覆力矩，極易導(dǎo)致風機旋轉(zhuǎn)體軸徑向懸浮位移變化，摩擦損耗大、發(fā)電成本高，嚴重影響大功率垂直軸風力發(fā)電的實用化以及推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的主要目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種度電成本低、控制簡單、風能利用率高、功率大的柔性直流輸電用雙饋型磁懸浮垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)。

為了達到以上目的，本實用新型柔性直流輸電用雙饋型磁懸浮垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)，包括：風機旋轉(zhuǎn)體、永磁發(fā)電機、磁懸浮盤式電機、主功率變流器、捕獲變流器、阻尼變流器、升壓變流器以及送端站變流器、氣隙傳感器以及編碼器等組成，協(xié)同完成風機四點懸浮、風能最大捕獲、永磁發(fā)電機額定功率控制、風機阻尼調(diào)控以及直流饋電入電網(wǎng)。

所述風機旋轉(zhuǎn)體由風機槳葉、永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子、阻尼繞組以及機殼構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)捕獲風能，驅(qū)動永磁發(fā)電機轉(zhuǎn)子永磁體旋轉(zhuǎn)發(fā)電；所述永磁發(fā)電機為風電轉(zhuǎn)化主發(fā)電機，其定子輸出經(jīng)主功率變流器、升壓變流器以及送端站變流器與柔性直流母線相聯(lián)，將風機旋轉(zhuǎn)體捕獲能量，轉(zhuǎn)化成電能饋入直流輸電線路。

所述主功率變流器為三相非可控整流器，其與永磁發(fā)電機定子相連，將定子輸出的變頻變壓交流電整流，所述升壓變流器為BOOST變流器，提升三倍非可控整流器輸出電壓，所述送端站變流器為BOOST變流器，高壓輸出側(cè)與柔性直流輸電線路相聯(lián)，維持升壓變流器輸出電壓恒定。