[发明专利]一种双速永磁风力发电系统

说明书

本发明公开了一种双速永磁风力发电系统，包括：同轴连接的叶轮、双速永磁电机、变流器和变压器；所述叶轮与所述双速永磁电机的输入端连接，所述双速永磁电机的输出端与所述变流器的输入端连接，所述变流器的输出端经过所述变压器与电网连接；所述双速永磁电机能够产生两种不同极对数的磁场，实现两个额定工作转速，用于将所述叶轮捕获的风能转化为电能；所述变流器，用于通过开关切换所述双速永磁电机定子绕组的工作状态，对电能转换过程进行监测和处理。本发明的双速永磁风力发电系统功率密度大，电机效率高，且双速永磁电机产生能够两种不同极对数的磁场，实现两个额定工作转速，增大了转速调节范围，提高了风能转化效率。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，更具体地，涉及一种双速永磁风力发电系统。

背景技术

风力发电是除水力发电外最具有潜力的可再生能源发电技术。近年来，风力发电在我国得到了飞速的发展，我国已成为名副其实的风电大国。

风力发电机的特性通常由一簇风能利用系数C_p的无因次性能曲线来表示，风能利用系数是风力发电机叶尖速比λ的函数，如果保持浆距角不变，可用如图1所示的C_p(λ)曲线表示风能利用系数与叶尖速比的关系。叶尖速比λ可表示为其中Ω为风力发电机风轮角速度，R为风轮半径， v为主导风速，v_t为叶尖线速度。由于风速的变化范围很宽，如果风轮转速保持恒定，根据上式可知，叶尖速比λ变化范围也将很宽，由图1可知发电机运行在最佳风能利用系数C_pmax点的机率很小。

风力发电机从风中捕获的机械功率可表示为其中ρ为空气密度，A为风力发电机叶轮旋转一周扫过的面积，由此可见，在风速一定时，风轮获得的功率取决于风能利用系数，为保持风力发电机机械功率最大，需要使发电机在任何风速下，都运行在最佳风能利用系数点下，根据图1，需要使风轮的叶尖速比λ保持在λ_opt，因此在风速变化时，只要调节风轮转速，使叶尖速度与风速之比保持不变，就可获得最佳的风能利用系数，这就是变速风力发电机组进行转速控制的基本目标。

现有技术的风力发电系统主要包括定速风力发电系统和变速风力发电系统；对于定速风力发电系统，由于风轮保持一定转速运行，风能转换效率较低，已逐步被变速风力发电系统所取代，而对于变速风力发电系统，如发电单元采用双速异步发电机，虽能实现较宽的转速调节范围，但存在功率密度低的问题；如发电单元采用永磁发电机提高功率密度，又存在转速调节范围窄的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双速永磁风力发电系统，旨在解决现有变速风力发电系统不能兼顾转速调节范围与功率密度的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种双速永磁风力发电系统，包括：同轴连接的叶轮、双速永磁电机、变流器和变压器；

所述叶轮与所述双速永磁电机的输入端连接，所述双速永磁电机的输出端与所述变流器的输入端连接，所述变流器的输出端经过所述变压器与电网连接；

所述双速永磁电机用于产生两种不同极对数的磁场，实现两个额定工作转速，用于将所述叶轮捕获的风能转化为电能；

所述变流器，用于通过开关切换所述双速永磁电机定子绕组的工作状态，以对电能转换过程进行监测和处理。

优选地，所述双速永磁电机采用极弧宽度不等的表贴或内置磁钢产生两种不同极对数的磁场，实现两个额定工作转速。

可选地，所述双速永磁电机采用两套极对数不同的定子绕组产生与所述磁钢产生的磁场极对数匹配的磁场。

进一步可选地，所述两套极数不同的定子绕组的工作状态为：在低风速状态下，将开关切换到多极对数定子绕组；在高风速状态下，将开关切换到少极对数定子绕组。

可选地，所述双速永磁电机采用一套定子绕组通过变极方式产生与所述磁钢产生的磁场极对数匹配的磁场。