專利名稱：基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)能發(fā)電機(jī)組，特別涉及一種基于籠型感應(yīng)電機(jī) 的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流機(jī)組。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電包含兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程即風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能和發(fā) 電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)及其 控制是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它不僅直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能、效率和供電質(zhì) 量，而且也影響到風(fēng)能吸收裝置的運(yùn)行方式、效率和結(jié)構(gòu)。因此，研制和 選用適合于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的運(yùn)行可靠、效率高、控制及供電性能良好的發(fā)電機(jī) 系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵。
目前，按照風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)可將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為 恒速恒頻系統(tǒng)和變速恒頻系統(tǒng)兩大類。恒速恒頻系統(tǒng)多采用籠型感應(yīng)發(fā)電 機(jī)直接并網(wǎng)，結(jié)構(gòu)如圖l所示，其優(yōu)點(diǎn)為系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，魯棒性強(qiáng)、成 本低，缺點(diǎn)為風(fēng)能利用不充分、并網(wǎng)功率不可控、機(jī)械應(yīng)力大、并網(wǎng)電能 質(zhì)量差等。隨著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率等級(jí)的增大，恒速恒頻系統(tǒng)給電網(wǎng)帶來(lái) 的問(wèn)題日益明顯。
而變速恒頻系統(tǒng)則能很好的克服以上缺點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速，系統(tǒng)的風(fēng)能利用率提高，機(jī)械應(yīng)力減小、噪聲減小、并網(wǎng)功率可控、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響較小、并網(wǎng)電流質(zhì)量提高，因此，長(zhǎng)遠(yuǎn) 來(lái)看，變速恒頻系統(tǒng)必將取代恒速恒頻系統(tǒng)。
目前常用的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有兩類，即采用繞線式感應(yīng)電機(jī)3 的雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和采用永磁同步電機(jī)6的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，分
別如圖2，圖3所示。
雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是變流器容量較小，通常可設(shè)計(jì)為發(fā)電機(jī) 容量的1/2 1/3，成本較低，并且籠型感應(yīng)電機(jī)本身可靠性高，維護(hù)量低， 和其他類型發(fā)電機(jī)相比，籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)更適合在各種惡劣的自然條件下 工作；缺點(diǎn)為風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)需通過(guò)傳動(dòng)比較高的高速齒輪箱相連，存在 能量傳遞效率和可靠性低以及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等一系列問(wèn)題。直驅(qū)型風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組則可以省去齒輪箱1，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接與風(fēng)機(jī)同軸相連，系統(tǒng)可 靠性提高。并網(wǎng)變流裝置采用全功率變流技術(shù)，能夠確保風(fēng)能利用范圍、 網(wǎng)側(cè)電流和功率的控制性能。但系統(tǒng)所采用的永磁同步電機(jī)6制造工藝復(fù) 雜，成本較高，體積龐大，組裝運(yùn)輸都存在較大的困難。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變 速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，能夠較好的克服以上各類型機(jī)組中存在的主要問(wèn) 題，其結(jié)構(gòu)如圖4。
本實(shí)用新型所述的基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括 籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)2，并網(wǎng)變流器，籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)與風(fēng)力機(jī)相連， 籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子側(cè)通過(guò)并網(wǎng)變流器并網(wǎng)。所述的籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子側(cè)還可以通過(guò)齒輪箱與風(fēng)力機(jī)相連。齒輪箱部分可以根據(jù)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn) 速的高低，選擇是否采用齒輪驅(qū)動(dòng)。
所述的并網(wǎng)變流器包括電機(jī)側(cè)變流器8和網(wǎng)側(cè)變流器9,其中電機(jī)側(cè) 變流器8與籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子側(cè)相連，網(wǎng)側(cè)變流器9與電網(wǎng)相連。實(shí) 現(xiàn)AC-DC-AC結(jié)構(gòu)，將電能饋入電網(wǎng)。
在控制策略方面，AC/DC 4負(fù)責(zé)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制電機(jī)側(cè)電 流從而控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，并按照風(fēng)能最佳利用系數(shù)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速而實(shí)
現(xiàn)風(fēng)能的最大功率跟蹤；DC/AC 5負(fù)責(zé)控制中間直流電量，并將發(fā)電機(jī) 發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。
和己有的風(fēng)力發(fā)電變流機(jī)組相比，本結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于第一，籠型感 應(yīng)發(fā)電機(jī)本身可靠性高，維護(hù)量低，和其他類型發(fā)電機(jī)相比，籠性感應(yīng)發(fā) 電機(jī)更適合在各種惡劣的自然條件下工作；第二，和恒頻恒速機(jī)組相比， 由于加入了全功率變流器，因此能夠方便的實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，靈活控制 并網(wǎng)的電流和功率；第三，和基于永磁同步電機(jī)的直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組相比， 發(fā)電機(jī)的體積重量都能夠顯著減小，便于生產(chǎn)、運(yùn)輸和吊裝。


圖1為恒速恒頻發(fā)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2為采用繞線式感應(yīng)電機(jī)的雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖3為采用永磁同步電機(jī)的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖4為基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖
圖5為基于背靠背電壓型逆變器結(jié)構(gòu)的變流機(jī)組主電路圖
1—變速箱，2 —籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)，3—DFIG， 4一AC/DC， 5—DC/AC，
6—PMSG， 7—直流環(huán)節(jié)，8—電機(jī)側(cè)變流器，9一網(wǎng)側(cè)變流器
具體實(shí)施方案
以基于背靠背電壓型逆變器結(jié)構(gòu)的變流機(jī)組為例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方 安作具體說(shuō)明。主電路如圖5所示。
發(fā)電機(jī)組包括籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)變流器，籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn) 子側(cè)通過(guò)齒輪箱1與風(fēng)力機(jī)相連，籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)2的定子側(cè)通過(guò)并網(wǎng)變 流器并網(wǎng)。并網(wǎng)變流器包括電機(jī)側(cè)變流器8和網(wǎng)側(cè)變流器9，其中電機(jī)側(cè) 變流器8與籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)2的定子側(cè)相連，網(wǎng)側(cè)變流器9與電網(wǎng)相連。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定值時(shí)，電機(jī)側(cè)變流器8控制上采用電流閉環(huán)結(jié)構(gòu)，
通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大功率
跟蹤；網(wǎng)側(cè)變流器9控制上采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，外環(huán)控制中間直流電壓，內(nèi) 環(huán)控制并網(wǎng)電流。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定之后，電機(jī)側(cè)變流器8控制上采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)， 外環(huán)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，內(nèi)環(huán)控制定子電流的大??；網(wǎng)側(cè)變流器9與額 定轉(zhuǎn)速以下控制策略相同，即采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)(2)，并網(wǎng)變流器，其特征在于籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)與風(fēng)力機(jī)相連，籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子側(cè)通過(guò)并網(wǎng)變流器并網(wǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 其特征在于，所述的籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)齒輪箱與風(fēng)力機(jī)相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 其特征在于，所述的并網(wǎng)變流器包括電機(jī)側(cè)變流器(8)和網(wǎng)側(cè)變流器(9)， 其中電機(jī)側(cè)變流器(8)與籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子側(cè)相連，網(wǎng)側(cè)變流器(9) 與電網(wǎng)相連。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 其特征在于，電機(jī)側(cè)變流器(8)調(diào)節(jié)籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能 的最大功率跟蹤。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于籠型感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，它通過(guò)并網(wǎng)變流器將籠型感應(yīng)電機(jī)2產(chǎn)生的能量饋入電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)側(cè)變流器AC/DC 4負(fù)責(zé)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制電機(jī)側(cè)電流從而控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，并按照風(fēng)能最佳利用系數(shù)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大功率跟蹤，從而可以實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)電效率；電網(wǎng)側(cè)變流器DC/AC 5負(fù)責(zé)控制中間直流電量，并將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。在籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)子側(cè)還可以通過(guò)齒輪箱與風(fēng)力機(jī)相連。齒輪箱1部分可以根據(jù)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的高低，選擇是否采用齒輪驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201197079SQ20082007893
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者飛 周, 童亦斌, 瑤 陳 申請(qǐng)人:北京能高自動(dòng)化技術(shù)有限公司