[实用新型]宽转速范围直驱风力发电系统

说明书

技术领域

本实用新型风力发电系统控制技术领域，尤其涉及一种宽转速范围直驱风力发电系统。

背景技术

双馈风力发电系统和永磁直驱风力发电系统是风力发电领域的主要发电方式，双馈风力发电系统的定转子侧皆与电网相连，属于强耦合系统，而强耦合系统当电网故障时，系统的低电压穿越保护控制难于实现，且增速齿轮单元使得系统体积较大、发电系统可靠性变差，且在可发电风速范围内，发电系统不能始终处于最佳运行工况；而直驱永磁风力发电系统存在发电机体积过大和大量使用稀土永磁材料问题，且在恒速恒频运行方式只能运行于某一特定转速，当风速改变时风机的风能利用系数偏离最大值，导致运行效率下降、风能资源浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是最大限度地运用风能来获得电能的同时，可以解决双馈风力发电系统定转子侧与电网直接连接强耦合导致包括电网和发电系统故障时保护存在的问题，如低电压穿越问题，和采用交流励磁以避免永磁直驱风力发电系统消耗大量稀土永磁材料以及由于永磁直驱发电机励磁电流不可控带来转速运行范围窄导致发电机不能实时运行在最佳功率点的问题。

一种宽转速范围直驱风力发电系统，包括风力机、与风力机连接的风力发电机，还包括：

可控整流单元，其输入端与风力发电机的电枢绕组连接，用于将风力发电机发出的电能整流输出，存储在直流母线的电容内；

直流母线单元，其输入端与可控整流单元的输出端连接，用于作为发电机输出的电能和逆变电源向电网输出电能的缓冲池；

逆变电源，其输入端与直流母线单元的输出端连接，用于将发电机发出的经可控整流储存于直流母线电容上的电能转换成功率因数可控的工频交流电输出至与之连接的电网；

标准正弦波励磁电源，其输入与直流母线连接、其输出通过交流励磁风力发电机转子三相滑环与励磁绕组连接。

进一步地，如上所述的宽转速范围直驱风力发电系统，风力发电机为交流励磁风力发电机，其极数大于等于8极，转子侧有三相励磁绕组。

进一步地，如上所述的宽转速范围直驱风力发电系统，所述可控整流单元为由功率器件IGBT或晶闸管拓扑结构构成的整流单元，该单元的输入端与所述交流励磁风力发电机三相输出端连接、其输出端与直流母线连接。

进一步地，如上所述的宽转速范围直驱风力发电系统，所述标准正弦波励磁电源包括SPWM变频器、宽频带LC滤波器。

有益效果：

本实用新型提供的宽转速范围运行大转动惯量交流励磁的全柔性风力发电系统，其本质特征是发电系统依据风场风速确定交流励磁形成的圆形磁场转速，磁场的转速可以与发电机机械转速相加或相减以保证风力发电系统运行于最佳工作点。发电系统采用共直流母线的结构将励磁单元和发电机绕组与电网隔离，解决了双馈风力发电系统与电网强耦合的缺陷和直驱永磁风力发电系统转速运行范围窄的问题。通过调节励磁电压、励磁频率以及励磁相序可以控制励磁磁场的幅值、转速和转速方向，在可发电的风速范围内，皆可将发电系统控制在最佳功率运行点，且有利于故障时保护控制策略实现。

附图说明

图1为本实用新型宽转速范围直驱风力发电系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

图1为本实用新型宽转速范围直驱风力发电系统结构示意图，如图1所示，本系统包括：包括风力机、与风力机连接的风力发电机，还包括：

可控整流单元，其输入端与风力发电机的电枢绕组连接，用于将风力发电机发出的电能整流输出，存储在直流母线的电容内；

直流母线单元，其输入端与可控整流单元的输出端连接，用于作为发电机输出的电能和逆变电源向电网输出电能的缓冲池；

逆变电源，其输入端与直流母线单元的输出端连接，用于将发电机发出的经可控整流储存于直流母线电容上的电能转换成功率因数可控的工频交流电输出至与之连接的电网；

标准正弦波励磁电源，其输入与直流母线连接、其输出通过交流励磁风力发电机转子三相滑环与励磁绕组连接。