本發(fā)明屬于新能源發(fā)電裝備，更具體地，涉及一種基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及控制方法、系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，亟待大規(guī)模開(kāi)發(fā)以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源。海上風(fēng)電資源豐富，是未來(lái)新能源發(fā)電裝機(jī)的主要增量來(lái)源。根據(jù)發(fā)電機(jī)種類的不同，現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要可分為永磁直驅(qū)/半直驅(qū)全功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、雙饋高速部分功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、異步高速全功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。其中，永磁直驅(qū)/半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以其可靠性較高、傳動(dòng)效率較高等優(yōu)勢(shì)，目前已成為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的主流技術(shù)路線。然而，隨著稀土資源的日益減少，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本不斷提升，且永磁電機(jī)仍面臨退磁等風(fēng)險(xiǎn)，不利于海上風(fēng)機(jī)容量的進(jìn)一步提升與推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種感應(yīng)子電機(jī)海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)采用轉(zhuǎn)子實(shí)心合金鋼材料整體鍛造提高電機(jī)的可靠性，避免海上機(jī)組的長(zhǎng)期維護(hù)。電機(jī)無(wú)滑環(huán)電刷，無(wú)永磁材料。轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組、無(wú)任何附加零部件。通過(guò)增大電機(jī)直徑進(jìn)一步提升和發(fā)揮轉(zhuǎn)子可更高邊緣線速度運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，有助于風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷提升。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括依次連接的葉片、齒輪箱和電機(jī)系統(tǒng)，所述電機(jī)系統(tǒng)包括感應(yīng)子電機(jī)、四象限變流器、勵(lì)磁變流器和勵(lì)磁變壓器；

3、所述四象限變流器，與感應(yīng)子電機(jī)的定子電樞繞組連接，用于根據(jù)實(shí)際風(fēng)速，通過(guò)機(jī)側(cè)變換器控制感應(yīng)子電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率，改變感應(yīng)子電機(jī)的同步速度，并通過(guò)網(wǎng)側(cè)變換器保持輸出電壓的頻率恒定，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行；

4、所述勵(lì)磁變流器，與感應(yīng)子電機(jī)的定子勵(lì)磁繞組連接，用于將三相交流勵(lì)磁電源的電壓轉(zhuǎn)化為直流勵(lì)磁電流，為感應(yīng)子電機(jī)提供直流勵(lì)磁；

5、所述勵(lì)磁變壓器，與所述勵(lì)磁變流器相連接，用于為勵(lì)磁變流器提供三相交流勵(lì)磁電源。

6、進(jìn)一步，所述感應(yīng)子電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子鐵芯、定子電樞繞組、定子勵(lì)磁繞組，所述定子電樞繞組位于定子鐵芯兩側(cè)，所述定子勵(lì)磁繞組位于定子鐵芯中間；所述轉(zhuǎn)子為實(shí)心鋼結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)子為凸極磁極轉(zhuǎn)子，包括左右對(duì)稱的第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的凸極磁極軸線相互錯(cuò)開(kāi)180°電角度。

8、進(jìn)一步，所述齒輪箱為三級(jí)或以上的齒輪箱，與感應(yīng)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連接。

9、進(jìn)一步，所述感應(yīng)子電機(jī)采用磁懸浮軸承。

10、本發(fā)明還提供了一種上述基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

11、當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁變流器的電流大小以保證感應(yīng)子電機(jī)端電壓恒定，并通過(guò)控制四象限變流器的調(diào)制頻率保持輸出電壓的頻率恒定，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組在不同風(fēng)速下的變速恒頻恒壓發(fā)電。

12、本發(fā)明還提供了一種基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括：計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和處理器；

13、所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)可執(zhí)行指令；

14、所述處理器用于讀取所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)的可執(zhí)行指令，執(zhí)行上述的控制方法。

15、通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下

16、有益效果：

17、(1)本發(fā)明提供的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，相比現(xiàn)有雙饋機(jī)組與永磁機(jī)組，無(wú)滑環(huán)電刷，無(wú)永磁材料，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組和任何附加零部件，可以充分發(fā)揮感應(yīng)子電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，大幅提升機(jī)組可靠性，減少電機(jī)維護(hù)頻次與成本，有助于進(jìn)一步提升機(jī)組單機(jī)容量，應(yīng)對(duì)海上風(fēng)電資源大規(guī)模開(kāi)發(fā)浪潮；

18、(2)本發(fā)明提供的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮感應(yīng)子電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，提升轉(zhuǎn)子運(yùn)行邊緣線速度，可進(jìn)一步增大電機(jī)體積，以提升電機(jī)單機(jī)容量。

技術(shù)特征：

1.一種基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的葉片、齒輪箱和電機(jī)系統(tǒng)，所述電機(jī)系統(tǒng)包括感應(yīng)子電機(jī)、四象限變流器、勵(lì)磁變流器和勵(lì)磁變壓器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)子電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子鐵芯、定子電樞繞組、定子勵(lì)磁繞組，所述定子電樞繞組位于定子鐵芯兩側(cè)，所述定子勵(lì)磁繞組位于定子鐵芯中間；所述轉(zhuǎn)子為實(shí)心鋼結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子為凸極磁極轉(zhuǎn)子，包括左右對(duì)稱的第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的凸極磁極軸線相互錯(cuò)開(kāi)180°電角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述齒輪箱為三級(jí)或以上的齒輪箱，與感應(yīng)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)子電機(jī)采用磁懸浮軸承。

6.一種權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.一種基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和處理器；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及控制方法、系統(tǒng)，屬于新能源發(fā)電裝備技術(shù)領(lǐng)域。包括：依次連接的葉片、齒輪箱和電機(jī)系統(tǒng)，電機(jī)系統(tǒng)包括感應(yīng)子電機(jī)、四象限變流器、勵(lì)磁變流器和勵(lì)磁變壓器；四象限變流器用于根據(jù)實(shí)際風(fēng)速，通過(guò)機(jī)側(cè)變換器控制感應(yīng)子電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率，改變感應(yīng)子電機(jī)的同步速度，并通過(guò)網(wǎng)側(cè)變換器保持輸出電壓的頻率恒定，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行。本發(fā)明提供的基于感應(yīng)子電機(jī)的海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮感應(yīng)子電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，大幅提升機(jī)組可靠性，減少電機(jī)維護(hù)頻次與成本，有助于進(jìn)一步提升機(jī)組容量。

技術(shù)研發(fā)人員：于克訓(xùn),謝賢飛,陳曦,孔武斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12