[发明专利]宽风速范围的混合励磁风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电与电力电子技术领域，特别涉及一种宽风速范围的混合励磁风力发电系统。

背景技术

为实现哥本哈根气候会议上承诺的2020年减排40％-50％的目标，我国已进入低碳经济转型期。《可再生能源中长期发展规划》提出，到2020年可再生能源消费量占能源消费总量的比重达到15％。为实现这一目标，需大力发展风电，调整产业结构，建立起完善的风电装备制造体系。我国风能资源丰富，开发潜力超过25亿kV，风力发电受到国家产业政策的支持。据《“十二五”风力发电电器设备行业发展规划(草案)》，近年我国风电企业取得重大领域突破，风电设备制造业基本形成比较齐全的产业链。目前基本形成关键零部件的生产体系。其中发电机、叶片、齿轮箱的产业化发展进程较好，齿轮箱的产能扩展较为缓慢，控制系统和变流系统的发展相对滞后，尚不能完全满足国内风电产业发展的需求。

风电设备发展的主要趋势为：单机容量大型化，风力发电机组向着变桨距调节技术，发电机向着变速恒频发电技术发展。目前利用风能的方式主要是大型风电机组并网发电，一般市场上风力发电机的启动风速约为2.5m/s-4m/s，于风速12m/s-15m/s时达到额定的输出容量。当风速更高时，风力发电机的控制机构将电力输出稳定在额定容量左右，为避免过高的风速损坏发电机，大多于风速达20m/s-25m/s范围内停机。

恒速恒频机组的优点为控制简单，电机结实可靠，同时电气部分成本很低。然而，该机组由于发电机无法根据风速的大小调节转速，机组只能在一个风速值下实现最大风能捕获，无法在较宽风速范围内保证风能利用率；因为转速恒定，造成并网功率的脉动，影响电网稳定性，同时无法对网侧无功进行连续调节，并网电能质量较低。

变速恒频机组的优点为，首先能够实现风能的最大功率跟踪；其次，由风速脉动引起的功率变化可由发电机转子吸收，减小了轴承和齿轮箱等刚性元件的机械应力，并能有效抑制噪声；第三，电力电子装置的引入使得机组控制上更加灵活，能够满足网侧有功和无功控制、快速动态响应、高质量电能并网等要求。目前，主流的变速恒频机组可分为基于双馈感应发电机的齿轮驱动型机组和基于永磁同步发电机的直接驱动型机组两类。

如图1所示为现有技术的兆瓦级风机的输出功率与风速的关系曲线图，其中，曲线1为风机在额定功率的运行曲线，曲线2为风机运行的理想曲线。风机的额定功率为Pwe，发电机的额定功率为Pme，变流器额定功率为Pce，风机的传统目标功率为Pmin{Pme，Pce}，要求Pwe＞Pmin{Pme，Pce}，其中，Pmin{Pme，Pce}表示Pmin为Pme和Pce中的最小值。风机的切入风速为Vcut-in，传统目标风速为Vc，额定风速为Vr，切出风速为Vcut-out，传统目标风速由发电机和变流器允许的最小功率即风机传统目标功率Pmin{Pme，Pce}决定。当风机在传统目标功率Pmin{Pme，Pce}左右时，就能按照50Hz的额定转速运行，而从Pmin{Pme，Pce}到Pwe时风机一直保持50Hz额定转速运行。

现有技术的缺点是，当风速高于目标风速时，需要调整风机桨距角以调节馈入系统的风能，保持风机在传统目标功率运行，形成附图1曲线1。然而实际上此刻的风机可以输出更多能量，但是由于发电机或变流器额定功率的限制，导致该能量不能及时并入电网而白白损失，直接降低了风能的利用效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种具有可在宽风速范围内正常向外输送电能的混合励磁风力发电系统。