[实用新型]半直驱全功率风力发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力领域，具体而言，涉及一种半直驱全功率风力发电装置。

背景技术

传统风力发电机组的电磁机械系统通常包含三个主要部分：叶片、增速箱和发电机。叶片转速通常都设计在20～30r/min，而传统风力发电机转速为1000～1500r/min，这就意味着叶片和发电机之间必须用增速齿轮箱来联接。然而，大变比的增速齿轮箱将导致增加机组的重量、产生噪音、需要定期维护以及增加损耗等缺点。因此，无齿轮箱的直驱型风力发电机组也逐渐引起了人们的关注。

直驱系统与双馈变速恒频风力发电系统类似，只是所采用的发电机为永磁式发电机，转子为永磁式结构，无需外部提供励磁电源，也不需要滑环碳刷，结构简单技术可靠，对电网运行影响小，提高了效率。其变速恒频控制在定子电路实现，因此变频器的容量与系统的额定容量相同。该方案的优点是：采用永磁发电机可以做到叶片与发电机的直接耦合，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；其主要缺点是尽管实现了直接耦合，但是大功率永磁发电机的转速很低，使发电机体积大、成本高、制造工艺难度大，而且重量过大造成吊装困难，特别是海上风电技术的兴起，因此可以结合传统风电系统和直驱系统的技术，利用低速齿轮箱和中速永磁电机代替原有的高速齿轮箱和低速永磁电机。

基于双PWM的全功率变流器技术已经成熟，可广泛应用于各种拓扑结构的风力发电机组系统中。

然而，由于现有技术中电力系统的低电压穿越(Low Voltage RideThrough，LVRT)能力较差，当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性。

实用新型内容

本实用新型用于提供一种半直驱全功率风力发电装置，以提高电力系统的低电压穿越能力，增强系统运行的稳定性。

本实用新型提供了一种半直驱全功率风力发电装置，包括：叶片、低速齿轮箱、中速永磁发电机、全功率变流器、并网变压器，其中，叶片通过轴与低速齿轮箱相连接；低速齿轮箱通过联轴器与中速永磁发电机相连接；全功率变流器将中速永磁发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交流电；并网变压器将全功率变流器输出的交流电升压后接入电网。

进一步地，上述半直驱全功率风力发电装置中还包括：控制系统，其包括：主控制单元以及分别与其相连接的偏航和桨距角控制单元、变流器控制单元和并网控制单元，其中，主控制单元采集风向、风速、叶片的转速和电网电压，并对其进行处理生成控制命令；偏航和桨距角控制单元与叶片相连接，并根据主控制单元的控制命令调整叶片的迎风角和节距角；变流器控制单元分别与全功率变流器和中速永磁发电机相连接，根据主控制单元的控制命令控制全功率变流器将中速永磁发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交流电，并控制中速永磁发电机的输出功率；并网控制单元与并网变压器相连接。

进一步地，上述偏航和桨距角控制单元还包括：解绕部分，根据主控制单元的控制命令对多次缠绕的电缆进行解绕。

进一步地，上述半直驱全功率风力发电装置中还包括：保护系统，其包括相连接的参数采集单元和继电保护单元，其中，参数采集单元分别采集中速永磁发电机的输出电压和电流、全功率变流器中直流母线的电压、全功率变流器网侧的电压和电流以及电网的电压、频率和相位；继电保护单元，将参数采集单元采集到的各项参数与设定的极限值进行比较，当各项参数中的任一项超过其对应的极限值时，停止风力机的运行。

本实施例采用全功率技术，可以较好地满足低电压穿越的要求，减少对电网的冲击，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行，克服了现有技术中存在的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型一个实施例的半直驱全功率风力发电装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。