同步电机变极变速风力发电系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102904408A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102904408A(43)申请公布日2013.01.30(21)申请号201110212846.8(22)申请日2011.07.28(71)申请人吴光宇地址150040黑龙江省哈尔滨市香坊区三大动力路39号(72)发明人吴光宇(51)Int.Cl.H02K19/30(2006.01)H02J3/38(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图33页(54)发明名称同步电机变极变速风力发电系统(57)摘要本发明涉及一种同步电机变极变速风力发电系统的构成与控制策略，属于风力发电领域。本发明的目的是通过提供一种采用变极变速混合励磁同步发电机系统结构，加上相应控制策略的风力发电技术，在低转速的相对高风速区可根据风速、转速和桨叶角度的三角形关系来调节变桨角度来提高风能利用率，实现以较低成本获得良好风能利用率，提高风电机组年利用小时的目标。本发明通过采用一台的混合励磁可变极同步发电机、一套直流励磁装置，相应控制系统以及含有特殊控制策略的控制软件来实现。配上塔筒、风轮、变桨系统、偏航系统、传感器等其他电控系统，形成完整的风力发电机组，实现以较低成本获得良好风能利用率，提高风电机组性能的目标。本系统省去了变流器，降低了造价，提高了可靠性。CN102948ACN102904408A权利要求书1/1页1.一种风力发电装置，具有一台变极变速混合励磁同步发电机，与发电机相匹配的直流励磁装置。发电机轴通过增速器或直接与风轮联结，加上相应开关和控制策略，配上塔筒、风轮、变桨系统、偏航系统、传感器等及其他电控系统，构成风力发电系统。其特征在于：发电机变极变速是指通过改变同步发电机定子和转子的极对数来达到不同转速下(双速或三速的有级变速)保持输出上网频率恒定(如中国电网频率为50HZ)。混合励磁是指永磁体励磁和电励磁混合，当电励磁为零时则为永磁电机，当无永磁体时则为纯电励磁电机。2.如权利要求1所述的风力发电装置，其特征在于：风机采用混合励磁，采用永磁体和直流励磁装置。风速较小时控制系统控制发电机的磁极数较多，转速较低，功率相应较小。风速较大时控制系统控制发电机的磁极数较少，转速较高，功率相应较大。发电机在不同转速下分别与网侧额定电压和频率相等。3.如权利要求1所述的风力发电装置配置的控制器中装有特殊控制软件，并通过权利要求3所示装置实现本发明所要求的控制策略，其特征在于：在风速比较小时，控制发电机磁极变多，转速较低，可直接并网，输出随着机组功率变化而变化，功率相应较低。当风速较大时，控制发电机磁极变少，转速较高，可直接并网，输出随着机组功率变化而变化，功率相应较大。4.根据风速、转速和桨叶角度的三角形关系调节变桨角度来提高风能利用率。2CN102904408A说明书1/3页同步电机变极变速风力发电系统技术领域[0001]本发明涉及一种同步电机变极变速风力发电系统的构成与控制策略，属于风力发电领域。背景技术[0002]绿色能源中，风能不仅储量大，可利用率高，而且便于大规模开发。我国可开发利用的风能资源陆地为2.53亿kW，近海7.5亿kW，合计10.03亿kW，仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位。近年来，我国风力发电装机容量增加较快。国家能源局官员讲，到2020年我国风电总装机容量由30000MW提升到1亿kW。[0003]当前国内外运行的可变速风电系统主要有两种，一种是永磁同步经变流器并网系统，另一种是双馈发电系统。永磁同步风力发电系统的风能利用较好，但由于其变流器容量必须与发电机容量相一致，而且永磁材料价格较高，因而系统成本也较高；而双馈风力发电系统的变流器容量为励磁容量，变流器成本低于直接并网变流器，因而较受欢迎，但风能利用率低，控制策略较为复杂，低电压穿越能力弱，在电网波动时容易脱网。而采用变极变速发电机则不需要变流器，因此系统成本较小，通过特殊的控制策略，可获得非常良好的风能利用率，并且在电网波动时能稳定发电，不易脱网。从而大大降低了大型风电系统的成本，同时提高了风电系统的可靠性。发明内容[0004]本发明的目的是通过提供一种采用混合励磁可变极变速同步发电机的风力发电系统结构，加上相应控制策略的风力发电技术，实现以较低成本获得良好风能利用率，提高风电机组性能的目标。[0005]本发明通过采用一台混合励磁可变极同步发电机、一套直流励磁系统，相应控制系统以及含有特殊控制策略的控制软件来实现。配上塔筒、风轮、变桨系统、偏航系统、传感器等其他电控系统，形成完整的风力发电机组。[0006]本发明的优点是：[0007]1.不采用变流器，而采用直流励磁装置，系统成本大幅下降。[0008]2.通过控制发电机变极，可在不同转速下使发