[发明专利]兆瓦级无电刷滑环双馈风力发电机/电动机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种兆瓦级、无电刷滑环的双馈风力发电机/电动机(以 下简称为兆瓦级无刷双馈电机)，同时也涉及该兆瓦级无刷双馈电机作 为不同电机系统使用的控制方法，属于电机及其控制技术领域。

背景技术

近年来，风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能 源界和环保界的高度重视。地球上风力资源蕴藏量大，利用风力发电 清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益 和社会效益。

据有关研究机构统计，目前风力发电量约占世界总电量的0.7％， 预计到2020年风力发电量比重可升至12％。由于风电成本持续下降， 需求上升，预计在2020年前，全球风电装机可维持年均约20％的高速 增长。因此，国际风力发电设备制造业及相关领域的市场前景十分广 阔。

在风力发电中，由于风速变幻莫测，使对其的利用存在一定的困 难。所以改善风力发电技术，提高风力发电机组的效率，最充分地利 用风能资源，有着十分重要的意义。

目前，国际上流行的兆瓦(MW)级风力发电系统(风电机组)采 用的发电机主要有以下几种类型：

1.带齿轮箱、双馈异步风力发电机系统

带齿轮箱、双馈异步风力发电机用增速齿轮将很低的风机转速 (20rpm左右)变换成较高的电机运行速度(1500rpm)。其优点是电机体 积较小，整流逆变器的容量较低，不需要全功率整流逆变器。其明显 缺点是电机的转子上带有电刷和滑环，使系统的故障率和制造维修成 本大大增加。加之齿轮箱变速比高，因而复杂庞大，磨损和漏油，系 统的运行可靠性大大降低。

2.直驱式电励磁同步发电机系统

直驱式电励磁同步发电机，由于直接驱动而不需要齿轮箱，一定 程度上提高了系统运行的可靠性，但电机转子需要外部的励磁供电， 因而电机仍带有电刷和滑环，降低了系统运行的可靠性；同时，电机 转子运行于较低转速，电机的极数增多，体积变得很大。更重要的是 系统需要全功率的整流逆变器。与双馈异步发电机相比，整流逆变器 的容量大大增加，导致建造、运行和维修成本明显增加。

3.直驱式永磁同步发电机系统

针对带齿轮箱、双馈异步风力发电机系统的明显缺点而发展的直 驱式永磁同步发电机，由于直接驱动即不需要齿轮箱，也不需要电刷 和滑环，因而大大提高了系统运行的可靠性，但电机运行于低转速， 电机的极数增多，体积变得很大，而且也需要全功率的整流逆变器， 更重要的是在运行中可能出现永磁体失磁的危险，导致整个发电机的 报废，另外由于永磁体励磁，不能实现有功功率和无功功率的灵活控 制。与双馈异步发电机相比，整流逆变器的容量大大增加，永磁体的 制造安装复杂，且会出现失磁，因而导致系统的建造、运行和维修成 本明显增加。

发明内容

鉴于现有兆瓦级风力发电系统所存在的缺陷，本发明的首要目的 在于提供一种新型的兆瓦级无电刷滑环双馈风力发电机/电动机。该兆 瓦级无刷双馈电机兼有直驱式永磁同步发电系统和双馈异步风力发电 系统二者的优点，同时还避免了两个系统各自的缺点，是一种两全其 美的风力发电系统。

本发明的另外一个目的是提供使上述兆瓦级无电刷滑环双馈风力 发电机/电动机作为不同电机系统使用的多种控制方法。

为实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种使兆瓦级无电刷滑环双馈风力发电机/电动机作为实现最大风 能追踪控制的发电机运行的控制方法，所述兆瓦级无电刷滑环双馈风力 发电机/电动机的磁通分布方向为径向磁通分布，其中转子由若干相同结 构的磁阻型模块组成圆柱或圆筒，所述磁阻型模块由磁导层和磁障层交 替组合构成，其中：