[发明专利]一种混合风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电系统，特别是关于一种将风电转换成电能的混合风 力发电系统。

背景技术

一般风力发电系统分为恒速恒频和变速恒频两种。恒速恒频风力发电机组结 构简单，早期的风力发电系统大都采用恒速恒频技术，但是由于恒速恒频风力发 电机组在很大风速范围内不能保持最佳叶尖速比，所以其对风能的利用率不高。 随着控制技术及电力电子器件水平的发展，变速恒频技术于20世纪90年代开始 兴起。变速恒频风力发电机组的风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地 利用风能，通过变速恒频技术得到恒定频率的电能。目前，变速恒频风力发电技 术日益成熟，兆瓦级以上的风电机组大都采用该技术。

双馈风力发电技术是变速恒频风力发电技术的一种，其双馈发电机定子绕组 直接与电网相连，转子轴通过增速齿轮箱与风机同轴，转子绕组通过转子变流器 与电网连接，转子变流器调节向转子绕组输出的电流，实现双馈风力发电变速恒 频的目的。双馈风力发电的特点是转子变流器容量小(相当于整个发电容量的20 ％～25％)，成本低，当发电机转速低于同步速时，转子绕组通过转子变流器从电 网馈入功率，当发电机转速高于同步速时，转子绕组通过转子变流器向电网输出 功率。

由于风力机转速很低，因此在双馈风力发电系统中，发电机必须通过增速齿 轮箱提升转速才能正常工作。由于增速齿轮箱增速比高(100左右比1)，需要采 用三级增速才能实现这么高的增速比，所以技术难度大，一旦出现故障，维修所 花时间长。风场统计表明，齿轮箱故障引起的维修时间占总设备维修时间的70％ 以上。因此，省去增速齿轮箱的永磁直驱发电机受到人们的关注。

采用永磁发电机可以做到风力机与发电机的直接藕合，省去齿轮箱，即为直 接驱动式结构，这样可大大减小系统运行噪声，提高可靠性。永磁式发电机的转 子为永磁式结构，无需外部提供励磁电源，提高了效率，但其主要缺点是尽管实 现了直接藕合，但是永磁发电机的转速很低，所以其发电机体积大、成本高，并 且存在失磁的问题。永磁发电机的输出经过交直交变换器与电网相连，其变速恒 频功能由交直交变换器控制实现，交直交变换器的容量与发电机的额定容量相同。 对于大容量的永磁直驱风电系统，为了维持直流母线电压的恒定和风能的最大功 率跟踪，电机定子的交直交变换器采用基于绝缘门栅极晶体管即IGBT阀体技术的 全容量四象限变流器，其功率大、损耗大，设计难度高、可靠性低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种既能避免变速恒频双馈风力发电系 统中增速齿轮箱的故障问题，又能克服变速恒频直驱永磁风力发电系统的永磁发 电机失磁、体积过大及损耗大的问题的混合风力发电系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种混合风力发电系统，其特 征在于：它包括一风轮，所述风轮通过主轴连接一低增速比齿轮箱的输入端，所 述低增速比齿轮箱的输出端通过一连轴器连接一绕线双馈式感应发电机，所述绕 线双馈式感应发电机的转子绕组与一转子变流器的一端相连，所述绕线双馈式感 应发电机的定子绕组与一定子交直交变换器的一端相连，所述转子变流器和定子 交直交变换器的另一端接入电网。

当所述低增速比齿轮箱采取一级增速时，输出、输入的增速比小于10∶1，当 所述低增速比齿轮箱采取二级增速时，输出、输入的增速比小于60∶1。

所述绕线双馈式感应发电机的转速低于800转每分钟。

所述绕线双馈式感应发电机的转速低于800转每分钟。

所述定子交直交变换器包括一交直变换器，所述交直变换器一端与所述定子 绕组相连，且并接一滤波电路，所述交直变换器另一端连接一直交变换器，所述 直交变换器的逆变侧通过12脉升压变压器与所述电网相连，且并接一无功补偿器。

所述交直变换器是由无控制功能的整流二极管组成的整流电路，所述直交变 换器是由可控硅整流元件组成的逆变电路，所述滤波电路是滤波器或12脉升压变 压器的一种。

所述转子变流器是采用基于绝缘门栅极晶体管技术制成的四象限转子变流 器。

所述转子变流器包括直交变换器和交直变换器，所述直交变换器一端与所述 绕线双馈式感应发电机的转子绕组相连，另一端连接所述交直变换器，所述交直 变换器另一端连接所述电网。