用于风力发电的双定子永磁同步发电机控制系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108282120A(43)申请公布日2018.07.13(21)申请号201810102854.9(22)申请日2018.02.01(71)申请人上海电机学院地址200240上海市闵行区江川路690号(72)发明人王爱元陈哲庄石榴宋林峰(74)专利代理机构上海伯瑞杰知识产权代理有限公司31227代理人胡永宏(51)Int.Cl.H02P9/04(2006.01)H02K16/04(2006.01)H02J3/38(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称用于风力发电的双定子永磁同步发电机控制系统及方法(57)摘要本发明提出一种用于风力发电的双定子永磁同步发电机的控制系统，包括发电机本体，发电机本体包括机壳，机壳中设有内定子与外定子，外定子包绕于内定子外部，内定子与外定子之间留有间隙，内定子与外定子的轴线重合，内定子与外定子之间设有转子，转子为杯形结构，其内壁安装有内永磁体，其外壁安装有外永磁体，机壳中设有叶轴，叶轴向机壳外部伸出，其末端固定有扇叶，转子固定于叶轴上；外定子及内定子分别连接有机侧变流器，机侧变流器并联后与网侧变流器连通，网侧变流器通过并网断路器与供电网络连通，叶轴上设有转速传感器，转速传感器通过控制电路与机侧变流器连通，将双定子永磁同步发电机应用于风电系统，最大限度地利用不同风况的风能。CN108282120ACN108282120A权利要求书1/1页1.用于风力发电的双定子永磁同步发电机的控制系统，包括发电机本体，其特征在于：发电机本体包括机壳，机壳中设有内定子与外定子，外定子包绕于内定子外部，内定子与外定子之间留有间隙，内定子与外定子的轴线重合，内定子与外定子之间设有转子，转子为杯形结构，其内壁安装有内永磁体，其外壁安装有外永磁体，机壳中设有叶轴，叶轴向机壳外部伸出，其末端固定有扇叶，转子固定于叶轴上，随扇叶一同运转；外定子及内定子分别连接有机侧变流器，机侧变流器并联后与网侧变流器连通，网侧变流器通过并网断路器与供电网络连通，叶轴上设有转速传感器，转速传感器通过控制电路与机侧变流器连通。2.根据权利要求1所述的用于风力发电的双定子永磁同步发电机的控制系统，其特征在于：外定子固定于机壳内壁，内定子固定于定位筒上，定位筒端部固定于机壳中。3.根据权利要求1所述的用于风力发电的双定子永磁同步发电机的控制系统，其特征在于：机壳中固定有一对轴承，叶轴通过轴承安装于机壳中。4.根据权利要求1所述的用于风力发电的双定子永磁同步发电机的控制方法，其特征在于，包括：当风速较大时，内定子和外定子同时作发电机使用；当风速适中时，外定子作发电机使用，内定子空载；当风速较小时，外定子作发电机使用，内定子作电动机使用，转速接近于额定转速。2CN108282120A说明书1/3页用于风力发电的双定子永磁同步发电机控制系统及方法技术领域[0001]本发明涉及风力发电设备，尤其涉及一种用于风力发电的双定子永磁同步发电机。背景技术[0002]目前可供风力发电机组选型的发电机类型主要有：笼型异步发电机、双馈异步发电机、同步发电机等。[0003]笼型异步发电机系统结构简单、成本低且可靠性高，比较适合风力发电这种特殊场合，在风力发电发展的初期，笼型异步发电机得到了广泛的应用，有效地促进了风电产业的兴起。但笼型异步发电机转速只能在额定转速之上1％～5％内运行，输入的风功率不能过大或过小，若发电机超过转速上限，将进入不稳定运行区。[0004]双馈异步发电机其工作方式是对绕线式转子异步电机用串级的方式调节转差率。双馈异步发电机通过逆变器与转子回路实现能量交换。该类电机可以变速工作，不过需要使其容量大概为装机总容量1/3，而且需要速度上下限比值为2:1的逆变器。[0005]同步发电机的磁通是通过永磁体或者励磁绕组来产生的，如果使用励磁绕组，电机的无功功率和定子端电压都可以随意调节而不依赖电路中负载的大小。在变速风机上使用同步电机，必须采用逆变器把电机和电网完全隔离开，所有功率需要由逆变器来传送。同步电机可以安装多对磁极，因而可以用在直驱型风力发电机上。电励磁同步发电机系统成本较高，功率变换器损耗较大。[0006]综上，笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内，输入的风功率不能过大或过小，若发电机超过转速上限，将进入不稳定运行区；双馈发电机系统存在多级齿轮箱及滑环、电刷，不可避免地带来摩擦损耗，增大了维护量及噪声等。在电网故障瞬间，骤然变大的定子和转子电流要求变换器增加保护措施，增大了软硬件投入，而且大的故障电流增加了风力机的扭转负荷。而且传统的风力发电机，当风速过大时，风机停止工作，以免发生危险；当风速过小时，风能所提供的动能不足以使风机工作。因此