專利名稱：獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣裝備范圍，特別涉及一種獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為一種無污染、可再生的新能源有著廣闊的發(fā)展前景，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。我國是風(fēng)力資源比較豐富的國家，在沿海島嶼，交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū)，地廣人稀的草原牧場，以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達(dá)到的農(nóng)村、邊疆和少數(shù)民族地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電成為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑，可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
截止2000年底，我國小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)累計生產(chǎn)各種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組197940臺，總裝機(jī)容量為50.227萬千瓦，年發(fā)電量7066千瓦時。(摘自解放軍報據(jù)專家預(yù)計，到2010年我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá)400萬千瓦，到2020年達(dá)600萬至800萬千瓦。目前中國小型風(fēng)電機(jī)的裝機(jī)能力是每年30000臺。有關(guān)部門對內(nèi)蒙古草原一個四口之家的調(diào)查顯示，在安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)之前，使用煤油燈、蠟燭、手電筒等照明，年均費(fèi)用為261元人民幣。安裝100瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)后，年均費(fèi)用為222元人民幣。風(fēng)能發(fā)電不僅為牧民省了錢，而且改善了供能和生活質(zhì)量。實踐證明，在非并網(wǎng)地區(qū)，使用小型風(fēng)電技術(shù)比使用傳統(tǒng)能源供電更為有利。)中國10米高度層的風(fēng)能資源總儲量為32.26億千瓦，其中實際可開發(fā)利用的風(fēng)能資源儲量為2.53億千瓦。而以到2020年預(yù)計達(dá)800萬千瓦裝機(jī)容量計，仍僅占實際可開發(fā)利用風(fēng)能的3.2％，可見開發(fā)利用風(fēng)能潛力之巨大。
根據(jù)異步電機(jī)理論，獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，需有容性勵磁電流支持其建立穩(wěn)定的輸出電壓，此勵磁電流通常以在發(fā)電機(jī)輸出端并聯(lián)接入電容器獲得，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載及風(fēng)速變動時，欲維持發(fā)電機(jī)的電壓不變，須相應(yīng)地變動并接電容器的電容數(shù)值，既相應(yīng)變動容性勵磁電流的大小。
早期，常規(guī)獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其機(jī)端并聯(lián)接入一組定值三相電容器，其輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間小，電壓波動大，運(yùn)行效率低；近幾年，針對上述僅并接一組定值三相電容器獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的明顯弱點，有人提出在發(fā)電機(jī)端并聯(lián)接入三相電容組，根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載及風(fēng)速變動情況，改變并聯(lián)接入三相電容器容值的大小，以較好地穩(wěn)定輸出電壓，改善發(fā)電機(jī)組性能。但其三相電容器組體積大，且因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊，及其控制容量較大、電壓為有級調(diào)節(jié)等原因，使得這種方法的控制成本及可靠性等方面仍有局限性。
目前，國內(nèi)獨立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，多為永磁同步發(fā)電機(jī)，由于其勵磁不可調(diào)節(jié)，因此發(fā)電機(jī)所能適應(yīng)的風(fēng)速變化范圍有限，導(dǎo)致其輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間較小，同時風(fēng)力機(jī)的平均風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率不高，使整個發(fā)電系統(tǒng)整體效率不高；另外，永磁同步發(fā)電機(jī)與異步發(fā)電機(jī)相比，還有成本高，可靠性低的劣勢。這也是目前中、大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)廣泛采用三相異步發(fā)電機(jī)的根本原因。
與上述二種方法相比，本發(fā)明在獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的定子繞組上，并聯(lián)接入靜止無功電源(SVG)裝置，具有無需三相電容組，控制容量小，體積小，輸出電壓更穩(wěn)定且可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)沒有了因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，效率高，發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間大等優(yōu)點。本專利在國內(nèi)未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)由6部分組成，在三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)1機(jī)端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置，并通過開關(guān)和負(fù)載5連接；示意圖2中的虛線框內(nèi)所示就是靜止無功電源SVG裝置。從負(fù)載經(jīng)CT和SVG裝置的控制器2連接，從三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的三相定子繞組通過PT和SVG裝置的控制器2連接，轉(zhuǎn)速檢測裝置6分別和控制器2和三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)1連接。
所述靜止無功電源SVG裝置由控制器2、IGBT電路橋4和脈沖發(fā)生器3構(gòu)成。
所述IGBT電路橋為由六路IGBT和二極管組成的自換相橋式電路組成，其拓?fù)鋱D形如圖3。其直流側(cè)由直流電源供電，當(dāng)觸發(fā)信號按控制器指令交替順序?qū)ǘ稩GBT支路時，可獲得三相交流電輸出，通過控制調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的輸出電流，達(dá)到控制調(diào)節(jié)電機(jī)輸出電壓的目的。
本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的定子繞組上，并聯(lián)接入靜止無功電源(SVG)裝置，具有無需三相電容組，控制容量小，體積小，輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間大，且可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)沒有了因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，效率高等優(yōu)點。
實驗表明，控制器容量與發(fā)電系統(tǒng)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，當(dāng)控制器功率容量小于發(fā)電機(jī)容量45％時，維持輸出電壓穩(wěn)定的區(qū)間可達(dá)(0.5～1.8)倍額定轉(zhuǎn)速；由于發(fā)電機(jī)為籠型轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)，與同容量繞線式轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機(jī)或永磁同步發(fā)電機(jī)相比，成本大幅降低，而可靠性卻大幅提高。


圖1為發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖。
圖2發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖。
圖3為IGBT電路橋組成原理示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明運(yùn)用異步電機(jī)理論，根據(jù)獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，需有容性勵磁電流支持其建立穩(wěn)定輸出電壓的結(jié)論，提出在獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端定子繞組上，并聯(lián)接入靜止無功電源(SVG)裝置，根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出電壓和轉(zhuǎn)速信號，動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流，以擴(kuò)大發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間、提高發(fā)電效率。
在示意圖1、圖2中，其發(fā)電系統(tǒng)由6部分組成，在三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)1機(jī)端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置，并通過開關(guān)和負(fù)載5連接；示意圖2中的虛線框內(nèi)所示就是靜止無功電源SVG裝置。從負(fù)載經(jīng)CT和SVG裝置的控制器2連接，從三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的三相定子繞組通過PT和SVG裝置的控制器2連接，轉(zhuǎn)速檢測裝置6分別和控制器2和三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)1連接。
所述靜止無功電源SVG裝置由控制器2、IGBT電路橋4和脈沖發(fā)生器3構(gòu)成。
所述IGBT電路橋為由六路IGBT和二極管組成的自換相橋式電路組成，其拓?fù)鋱D形如圖3。直流側(cè)由直流電源供電，當(dāng)觸發(fā)信號按控制器指令交替順序?qū)ǘ稩GBT支路時，可獲得三相交流電輸出，通過控制調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的輸出電流，達(dá)到控制調(diào)節(jié)電機(jī)輸出電壓的目的。
在上述獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置，SVG的控制器2采集發(fā)電機(jī)的輸出電壓、轉(zhuǎn)速以及負(fù)載電流信號。電壓信號經(jīng)PT輸入控制器2后，與參考電壓比較形成閉環(huán)控制，生成所需的勵磁電流的幅值與相位，控制器2按照負(fù)載狀況及電機(jī)轉(zhuǎn)速生成所需的頻率信號，一起送入脈沖觸發(fā)器3，經(jīng)脈沖觸發(fā)器調(diào)節(jié)，向IGBT電路橋4輸出6路控制信號，使IGBT電路橋4向發(fā)電機(jī)提供勵磁電流，從而實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓；以此保證發(fā)電系統(tǒng)在負(fù)荷和風(fēng)速變化時能維持較大的輸出電壓穩(wěn)定區(qū)間。
權(quán)利要求
1.一種獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)的組成為，在三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)機(jī)端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置，并通過開關(guān)和負(fù)載(5)連接；從負(fù)載經(jīng)CT和SVG裝置的控制器(2)連接，從三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的三相定子繞組通過PT和SVG裝置的控制器(2)連接，轉(zhuǎn)速檢測裝置(6)分別和控制器(2)和三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述靜止無功電源SVG裝置由控制器(2)、IGBT電路橋(4)和脈沖發(fā)生器(3)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述IGBT電路橋由六路IGBT和二極管組成的自換相橋式電路組成，直流側(cè)由直流電源供電，當(dāng)觸發(fā)信號按控制器指令交替順序?qū)ǘ稩GBT支路時，可獲得三相交流電輸出，通過控制調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的輸出電流，達(dá)到控制調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電氣裝備范圍的一種獨立運(yùn)行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)是在三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置，并通過開關(guān)和負(fù)載連接；負(fù)載經(jīng)CT、發(fā)電機(jī)經(jīng)PT和SVG裝置的控制器連接，轉(zhuǎn)速檢測裝置分別和SVG裝置的控制器和三相異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接。本發(fā)明具有無需三相電容器組，控制容量小，體積小，輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間大，且可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)沒有了因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，效率高等優(yōu)點。
文檔編號H02P9/30GK1773107SQ20051011758
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者翟慶志, 柴建云 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)