專利名稱：一種實現(xiàn)永磁風力發(fā)電機組低風速起動的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁風力發(fā)電機組的起動方法，特別是一種通過全功率變流器， 能使永磁發(fā)電機起動時處于電動狀態(tài)，有效克服永磁風力發(fā)電機所固有的起動阻力矩，使 之能在低風速下順利起動運行的方法，從而提高了風力發(fā)電機組對風能的利用效率。屬于 風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全世界范圍內(nèi)，常規(guī)能源多屬不可再生能源，同時常規(guī)能源在使用以及轉(zhuǎn)化為二 次能源過程中會引發(fā)嚴重的環(huán)境污染，并排放出大量CO2等溫室氣體，造成全球氣候變暖。 這些因素促使各國努力發(fā)展新型的可再生能源，以滿足日益增長的能源需求，同時改善日 益惡化的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展?？稍偕茉粗饕ㄋ堋⑻柲?、風能、地熱 能、潮汐能以及生物質(zhì)能，其中風能的成本具有比較優(yōu)勢，且最具備大規(guī)模商業(yè)化運營的條 件，被認為是最適于大規(guī)模開發(fā)利用的形式之一。風力發(fā)電是風能的主要開發(fā)利用方式，并 網(wǎng)運行從20世紀80年代興起之后，就受到世界各國的高度重視，因而迅速實現(xiàn)了商業(yè)化、 產(chǎn)業(yè)化，特別是隨著計算機與控制技術(shù)的飛速發(fā)展，風力發(fā)電機組的發(fā)展極為迅速，其單機 容量從最初的數(shù)十千瓦級發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)兆瓦級機組。由于風輪的轉(zhuǎn)速相對于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速要低很多，傳統(tǒng)的風力發(fā)電系統(tǒng)中需要 多級的變速齒輪箱，將風機的轉(zhuǎn)速進行提升。但隨著風力發(fā)電機單機容量的不斷增大，風輪 尺寸的增加，齒輪箱的存在將大大增加系統(tǒng)的成本、體積和質(zhì)量，還會帶來機組噪聲增大、 效率降低、壽命減小以及傳動精度降低等不利因素，同時給系統(tǒng)的維護帶來很大的困難。直 驅(qū)永磁風力發(fā)電系統(tǒng)是將發(fā)電機和風輪軸直接連接，取消中間的增速齒輪箱，并采用多極 低速永磁同步電機作為發(fā)電機，其轉(zhuǎn)子用永久磁鐵取代電勵磁磁場。通過大功率電力電子 變流器，將發(fā)電機輸出的變頻變幅的電能轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的能量，輸送到電網(wǎng)上。這樣 的設(shè)計提高了風力機組的系統(tǒng)可靠性和風能的利用效率，適合機組容量的大型化和海上風 力發(fā)電系統(tǒng)。由于風輪直接和電機連接，機組的起動阻力矩是永磁風力發(fā)電機的一個重要指 標，它直接關(guān)系到機組的起動和低速運行性能。阻力矩是在發(fā)電機定子不通電的情況下，由 轉(zhuǎn)子中的永磁體和定子開槽互相影響而產(chǎn)生的，電機中定子和轉(zhuǎn)子磁場相互耦合，氣隙中 磁貯能的突然改變而產(chǎn)生的定位力矩?？紤]到低速永磁式同步發(fā)電機組的特點，由于取消 了升速齒輪箱，風輪和電機轉(zhuǎn)子直接連在一起，只有當施加在風輪上的拖動轉(zhuǎn)矩大于永磁 電機的阻力矩后，風輪才能開始自由旋轉(zhuǎn)。起動阻力矩小，發(fā)電機在低速風時便能起動發(fā) 電，切入風速低，提高風能利用程度。反之，如果起動阻力矩較大，機組需要的切入風速較 高，就會降低了機組的風能利用率。我國主要以二三類風電場為主，占全國風資源比重高達 70%。因此降低風電機組的切入轉(zhuǎn)速，提高低風速下的發(fā)電效率，具有非常重要的意義。目前，減小永磁風力發(fā)電機起動阻力矩的措施，主要是通過電機設(shè)計解決。這包括 電機定子斜槽、轉(zhuǎn)子斜極以及采用定子分數(shù)槽繞組等辦法。從實際應(yīng)用情況來看，這些方法
3的效果不是太明顯，而且增加了電機設(shè)計的難度、制造過程中的工藝難度和制造成本。因此，我們有必要通過別的角度來解決永磁風力發(fā)電機組的低風速起動問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種通過全功率變流器，使 永磁發(fā)電機在起動時處于電動狀態(tài)，在電機轉(zhuǎn)軸上施加一個拖動轉(zhuǎn)矩，從而克服永磁風力 發(fā)電機所固有的起動阻力矩，使之能在低風速下順利起動運行的方法。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種實現(xiàn)永磁風力發(fā)電機組低風速起動的方法，其特征在于具體包括如下步 驟(1)檢測現(xiàn)場風況，是否達到起動的切入風速；如果達到，則執(zhí)行步驟(2)；(2)全功率變流器開始起動，發(fā)電機合閘、并網(wǎng)，并進入調(diào)制工作模式；(3)全功率變流器檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子的初始靜止位置；(4)全功率變流器進入拖動工作模式，向發(fā)電機輸出功率，拖動發(fā)電機開始運轉(zhuǎn)；(5)檢測發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，若達到切入轉(zhuǎn)速，變流器退出拖動工作模式，并執(zhí)行步驟 (6)；(6)全功率變流器轉(zhuǎn)換為發(fā)電運行模式，接收主控的功率指令，將發(fā)電機所產(chǎn)生的 電能傳送至電網(wǎng)。本發(fā)明的有益效果是通過對全功率變流器在兩向能量流間的切換，該起動方法 可以有效地降低風力發(fā)電機起動時對環(huán)境風速的要求，提高低風速下的發(fā)電效率。


圖1為風力發(fā)電機組低風速起動方法的流程圖；圖2為全功率變流器在拖動工作模式下能量流動方向示意圖；圖3為全功率變流器在發(fā)電運行模式下能量流動方向示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。本發(fā)明的永磁風力發(fā)電機組低風速起動方法其設(shè)計思想在于利用永磁風力發(fā)電 機組所配置的全功率變流器，其功率可以雙向流動，既可以當發(fā)電系統(tǒng)，把電能從電機輸送 到電網(wǎng)，也可以當電動系統(tǒng)，把電能從電網(wǎng)輸送到電機的特點，使發(fā)電機組在起動時處于電 動狀態(tài)，在電機轉(zhuǎn)軸上施加一個拖動轉(zhuǎn)矩，從而克服永磁風力發(fā)電機所固有的起動阻力矩， 使之能在低風速下順利起動運行。該設(shè)計思想所基于的原理分析如下永磁風力發(fā)電機的機械方程為

權(quán)利要求
一種實現(xiàn)永磁風力發(fā)電機組低風速起動的方法，其特征在于具體包括如下步驟(1)檢測現(xiàn)場風況，是否達到起動的切入風速；如果達到，則執(zhí)行步驟(2)；(2)全功率變流器開始起動，發(fā)電機合閘、并網(wǎng)，并進入調(diào)制工作模式；(3)全功率變流器檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子的初始靜止位置；(4)全功率變流器進入拖動工作模式，向發(fā)電機輸出功率，拖動發(fā)電機開始運轉(zhuǎn)；(5)檢測發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，若達到切入轉(zhuǎn)速，變流器退出拖動工作模式，并執(zhí)行步驟(6)；(6)全功率變流器轉(zhuǎn)換為發(fā)電運行模式，接收主控的功率指令，將發(fā)電機所產(chǎn)生的電能傳送至電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)永磁風力發(fā)電機組低風速起動的方法，通過該方法發(fā)電機組在低風速條件下首先使全功率變流器處于拖動工作模式，從電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機的機械動能，拖動發(fā)電機運轉(zhuǎn)直至達到切入轉(zhuǎn)速。當發(fā)電機達到切入轉(zhuǎn)速后，全功率變流器才轉(zhuǎn)換為發(fā)電運行模式，將發(fā)電機所產(chǎn)生的電能傳送至電網(wǎng)，完成發(fā)電機的起動。這樣，發(fā)電機即使在低風速條件下仍可克服固有的機組阻力矩，達到起動條件。通過這樣的起動方法可以有效地降低風力發(fā)電機起動時對環(huán)境風速的要求，提高低風速下的發(fā)電效率。
文檔編號F03D9/00GK101950977SQ20101027058
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者苑國鋒, 鄭艷文, 陳守川 申請人:北京清能華福風電技術(shù)有限公司