專利名稱：具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電氣工程領(lǐng)域中的風(fēng)力發(fā)電裝置。特別是涉及到一種采用永 磁發(fā)電機(jī)，同時(shí)具有儲(chǔ)能裝置的，能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，除了雙饋發(fā)電機(jī)和傳統(tǒng)的異步發(fā)電機(jī)外，永磁發(fā)電機(jī) 由于具有功率密度高、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛使用。為了在風(fēng)速變化的情況 下，保證永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的頻率恒定，即實(shí)現(xiàn)變速恒頻，目前所采取的方法主要有以下 兩禾中第一種方法是將發(fā)電機(jī)電樞繞組輸出的電能通過(guò)一個(gè)電力電子變流器后，再送入 電網(wǎng)。在這種方法中，發(fā)電機(jī)輸出的頻率隨著風(fēng)速的變化而改變，但是通過(guò)對(duì)電力電子變流 器進(jìn)行控制，可以使變流器輸出頻率保持恒定，滿足電網(wǎng)需求。第二種方法是采用變槳距技術(shù)，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，通過(guò)一套變槳距機(jī)構(gòu)使風(fēng)力機(jī)的 葉片繞葉片的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，改變?nèi)~片的攻角，進(jìn)而維持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，確保輸出頻率恒定。以上這兩種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻運(yùn)行，但是在實(shí)際運(yùn)行 時(shí)，也都存在有一定的問(wèn)題當(dāng)采用第一種方法時(shí)，變流器的功率必須要大于發(fā)電機(jī)的額定功率，而大容量電 力電子變流器的使用，勢(shì)必會(huì)大幅度增加整套發(fā)電裝置的成本；其次當(dāng)負(fù)載不變，而風(fēng)速增 加時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率也會(huì)隨之增加，過(guò)剩的有功功率注入電網(wǎng)后，必然會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定 運(yùn)行帶來(lái)不利影響。采用第二種方法時(shí)，由于該方法是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化的風(fēng)能的大小來(lái)穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速，因此在保證電網(wǎng)有功平衡的情況下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能轉(zhuǎn)化。此外附加的變槳距機(jī) 構(gòu)不僅會(huì)增加成本，致使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性降低，而且需要通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)葉片攻 角才能穩(wěn)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此風(fēng)速變化時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出頻率的調(diào)節(jié)過(guò)程相對(duì)緩慢?？傊?，采用以上這兩種方法實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行的永磁發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電裝置除成本 高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜外，存在的最大問(wèn)題是在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)化和輸出功 率的靈活調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的變速恒頻運(yùn)行，在對(duì)最大風(fēng)能進(jìn)行轉(zhuǎn) 化的同時(shí)能依靠自身的調(diào)節(jié)能力靈活地改變發(fā)電裝置輸出的有功功率和無(wú)功功率，確保電 網(wǎng)的功率平衡，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行的具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的由定槳距風(fēng)力機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器、充放電裝置、儲(chǔ)能裝置、網(wǎng) 側(cè)變流器、變壓器、副并網(wǎng)開關(guān)、主并網(wǎng)開關(guān)構(gòu)成；定槳距風(fēng)力機(jī)的輸出軸與永磁發(fā)電機(jī)的輸入軸連接在一起；永磁發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)電機(jī)同軸連接；永磁發(fā)電機(jī)的電樞繞組通過(guò)主并網(wǎng) 開關(guān)接至電網(wǎng)；調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞繞組與機(jī)側(cè)變流器的交流端接在一起；機(jī)側(cè)變流器的直流 端與網(wǎng)側(cè)變流器的直流端連接在一起；儲(chǔ)能裝置通過(guò)充放電裝置連接在機(jī)側(cè)變流器的直 流端；網(wǎng)側(cè)變流器的交流端接至變壓器的低壓端；變壓器的高壓端通過(guò)副并網(wǎng)開關(guān)接至電 網(wǎng)。還可以在定槳距風(fēng)力機(jī)與永磁發(fā)電機(jī)之間設(shè)置傳動(dòng)裝置，定槳距風(fēng)力機(jī)的輸出軸 與傳動(dòng)裝置的輸入軸連接在一起；傳動(dòng)裝置的輸出軸與永磁發(fā)電機(jī)連接。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在(1)本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置，不僅可以實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行，還可以在進(jìn)行最大 風(fēng)能轉(zhuǎn)化的前提下，依靠自身的調(diào)節(jié)能力，根據(jù)電網(wǎng)所需電能的變化來(lái)靈活地調(diào)節(jié)輸出的 有功功率。當(dāng)風(fēng)能過(guò)剩時(shí)，發(fā)電裝置利用儲(chǔ)能裝置來(lái)吸收多余的能量；而當(dāng)風(fēng)能不足時(shí)，發(fā) 電裝置又可以將儲(chǔ)能裝置中的能量釋放出來(lái)以滿足電網(wǎng)的需求，確保電網(wǎng)有功平衡。(2)本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。雖然現(xiàn)有的風(fēng) 電網(wǎng)為了提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，也采用了大量的儲(chǔ)能裝置，但這些儲(chǔ)能裝置與風(fēng)力發(fā)電裝置 在運(yùn)行控制、設(shè)備安裝等方面完全獨(dú)立，這必然會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。例如當(dāng)風(fēng) 能過(guò)剩時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能轉(zhuǎn)化，現(xiàn)有的發(fā)電裝置需要將全部的風(fēng)能都轉(zhuǎn)化為電能送入 電網(wǎng)，這必然會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率上升，當(dāng)電網(wǎng)中的儲(chǔ)能裝置檢測(cè)到電網(wǎng)頻率上升后，才開始吸 收電網(wǎng)中多余的電能，多余的電能需要從發(fā)電裝置處通過(guò)電網(wǎng)傳送至儲(chǔ)能裝置，在整個(gè)調(diào) 節(jié)過(guò)程中，不僅電網(wǎng)的頻率要發(fā)生明顯的波動(dòng)，而且電網(wǎng)中的潮流分布必然也會(huì)受到多余 電能輸送的影響。與現(xiàn)有的這種風(fēng)電網(wǎng)運(yùn)行模式相比，本發(fā)明提出的發(fā)電裝置，在風(fēng)能過(guò)剩 時(shí)，可直接運(yùn)行于工作模式五狀態(tài)下，多余的風(fēng)能通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再通過(guò)機(jī)側(cè)變 流器和充放電裝置被儲(chǔ)能裝置完全吸收，而永磁發(fā)電機(jī)只輸出電網(wǎng)所需的電能，確保電網(wǎng) 有功平衡，因此在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，多余的能量無(wú)需經(jīng)過(guò)電網(wǎng)輸送，即可被儲(chǔ)能裝置吸收， 不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。(3)本發(fā)明提出的發(fā)電裝置，在電網(wǎng)中可以起到電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的作用，不僅可 以調(diào)節(jié)有功功率，還可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率?，F(xiàn)有的各種永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電裝置，由于勵(lì)磁無(wú)法調(diào) 節(jié)，因此不具備調(diào)節(jié)無(wú)功功率的能力，但是在本發(fā)明提出的發(fā)電裝置中，儲(chǔ)能裝置、充放電 裝置、網(wǎng)側(cè)變流器、變壓器構(gòu)成了一臺(tái)靜止無(wú)功發(fā)生器，當(dāng)副并網(wǎng)開關(guān)閉合時(shí)，通過(guò)控制網(wǎng) 側(cè)變流器的輸出，就可以靈活地為電網(wǎng)提供無(wú)功功率補(bǔ)償。(4)本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置可采用多種工作模式來(lái)滿足不同運(yùn)行環(huán)境條件下 的，最大風(fēng)能轉(zhuǎn)換和輸出有功調(diào)節(jié)的需求。例如風(fēng)能不足時(shí)，發(fā)電裝置既可以運(yùn)行于工作模 式三，也可以運(yùn)行于工作模式四狀態(tài)下，前者是通過(guò)改變永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的機(jī)械方式 來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率，此時(shí)的發(fā)電裝置起到了類似于“調(diào)頻機(jī)組”的作用；后者是通過(guò)電力電子 裝置直接將儲(chǔ)能裝置中的能量注入電網(wǎng)來(lái)穩(wěn)定當(dāng)前的電網(wǎng)頻率，具有響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)性 能好的優(yōu)點(diǎn)。(5)在本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置中，永磁發(fā)電機(jī)為主要的發(fā)電設(shè)備，其輸出電能 通過(guò)主并網(wǎng)開關(guān)直接注入電網(wǎng)，無(wú)需大容量電力電子變流裝置。而調(diào)節(jié)電機(jī)只有在永磁發(fā) 電機(jī)輸出頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)才投入運(yùn)行，考慮到風(fēng)力發(fā)電裝置的實(shí)際運(yùn)行范圍，通過(guò)對(duì)整套 發(fā)電裝置的合理設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)電機(jī)的容量遠(yuǎn)小于永磁發(fā)電機(jī)的容量，因此與之配套的機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、充放電裝置、儲(chǔ)能裝置、變壓器也只需要較小的容量就可以滿足正常的 發(fā)電運(yùn)行。由于變壓器為升壓變壓器，所以可以降低對(duì)機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、充放電裝 置、儲(chǔ)能裝置的電壓要求，并且在發(fā)電裝置中也無(wú)需變槳機(jī)構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明提出的風(fēng) 力發(fā)電裝置，可有效降低總體成本、提高運(yùn)行可靠性，特別是由于在發(fā)電裝置內(nèi)部使用了儲(chǔ) 能裝置，因此可以減小電網(wǎng)中的其他儲(chǔ)能裝置容量，甚至完全取消。(6)本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置，當(dāng)風(fēng)速短時(shí)間內(nèi)過(guò)大或過(guò)小，超出運(yùn)行范圍時(shí)， 依靠?jī)?chǔ)能裝置和調(diào)節(jié)電機(jī)的調(diào)節(jié)作用，永磁發(fā)電機(jī)仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行，因此具有較寬的運(yùn) 行范圍。


圖1采用永磁發(fā)電機(jī)具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖，本發(fā)明的采用永磁發(fā)電機(jī)具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置由定槳 距風(fēng)力機(jī)1、永磁發(fā)電機(jī)2、調(diào)節(jié)電機(jī)3、機(jī)側(cè)變流器4、充放電裝置5、儲(chǔ)能裝置6、網(wǎng)側(cè)變流 器7、變壓器8、副并網(wǎng)開關(guān)9、主并網(wǎng)開關(guān)10、傳動(dòng)裝置11等部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所 示。定槳距風(fēng)力機(jī)1的輸出軸與傳動(dòng)裝置11的輸入軸連接在一起；永磁發(fā)電機(jī)2與調(diào)節(jié)電 機(jī)3同軸連接，且與傳動(dòng)裝置11的輸出軸接在一起；永磁發(fā)電機(jī)2的電樞繞組通過(guò)主并網(wǎng) 開關(guān)10接至電網(wǎng)；調(diào)節(jié)電機(jī)3的電樞繞組與機(jī)側(cè)變流器4的交流端接在一起；機(jī)側(cè)變流器 4的直流端與網(wǎng)側(cè)變流器7的直流端連接在一起；儲(chǔ)能裝置6通過(guò)充放電裝置5連接在機(jī) 側(cè)變流器4的直流端；網(wǎng)側(cè)變流器7的交流端接至變壓器8的低壓端；變壓器8的高壓端通 過(guò)副并網(wǎng)開關(guān)9接至電網(wǎng)。定槳距風(fēng)力機(jī)1采用各種常規(guī)的定槳距風(fēng)力機(jī)，例如水平軸風(fēng)力機(jī)、垂直軸風(fēng)力 機(jī)、三葉片風(fēng)力機(jī)等。永磁發(fā)電機(jī)2采用三相永磁交流發(fā)電機(jī)。調(diào)節(jié)電機(jī)3采用永磁交流電機(jī)。機(jī)側(cè)變流器4和網(wǎng)側(cè)變流器7采用由功率電力電子器件，例如IGBT、M0SFET等，構(gòu) 成的三相橋式電路。充放電裝置5采用Buck-Boost電路或其拓?fù)潆娐贰?chǔ)能裝置6采用超級(jí)電容器組，或者蓄電池組、飛輪儲(chǔ)能裝置等。變壓器8采用升壓變壓器。傳動(dòng)裝置11采用由齒輪構(gòu)成的機(jī)械傳動(dòng)裝置。定槳距風(fēng)力機(jī)1將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過(guò)傳動(dòng)裝置11，傳遞給永磁發(fā)電機(jī)2和調(diào) 節(jié)電機(jī)3。根據(jù)風(fēng)能和電網(wǎng)所需電能之間大小關(guān)系的不同，發(fā)電裝置選擇工作模式一至工作 模式七中的某一具體工作狀態(tài)，在實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能轉(zhuǎn)化的同時(shí)，維持永磁發(fā)電機(jī)2的輸出頻 率恒定，并通過(guò)調(diào)節(jié)輸出有功功率和無(wú)功功率的大小，來(lái)并保證電網(wǎng)的功率平衡，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 運(yùn)行。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式是取消傳動(dòng)裝置11，定槳距風(fēng)力機(jī)1直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)2和調(diào)節(jié)電機(jī)3工作。其他與以上實(shí)施方式相同。本發(fā)明提出的風(fēng)力發(fā)電裝置，為了能夠在對(duì)最大風(fēng)能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)變速 恒頻運(yùn)行，并保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，根據(jù)風(fēng)能(定槳距風(fēng)力機(jī)1提供的機(jī)械能)和電網(wǎng)所需電 能之間的大小關(guān)系的不同，可具體分為以下幾種工作模式(1)工作模式一。該工作模式適用于永磁發(fā)電機(jī)2的輸出頻率在允許范圍內(nèi)，風(fēng)能 的大小等于電網(wǎng)所需電能，且小于或等于永磁發(fā)電機(jī)2的額定容量。在該工作模式下，控制 機(jī)側(cè)變流器4、網(wǎng)側(cè)變流器7和充放電裝置5，使它們都處于截止?fàn)顟B(tài)，主并網(wǎng)開關(guān)10閉合， 副并網(wǎng)開關(guān)9斷開。定槳距風(fēng)力機(jī)1通過(guò)傳動(dòng)裝置11帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)2和調(diào)節(jié)電機(jī)3的 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，永磁發(fā)電機(jī)2和調(diào)節(jié)電機(jī)3都處于發(fā)電狀態(tài)，但是由于機(jī)側(cè)變流器4處于截止?fàn)?態(tài)，因此調(diào)節(jié)電機(jī)3空載運(yùn)行，所有的風(fēng)能都由永磁發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)閉合的主并 網(wǎng)開關(guān)10注入電網(wǎng)，滿足電網(wǎng)的有功需求。(2)工作模式二。該工作模式適用于永磁發(fā)電機(jī)2的輸出頻率在允許范圍內(nèi)，風(fēng) 能的大小等于電網(wǎng)所需電能，但大于永磁發(fā)電機(jī)2的額定容量。在該工作模式下，控制機(jī)側(cè) 變流器4處于整流狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器7處于逆變狀態(tài)，充放電裝置5處于截止?fàn)顟B(tài)，主并網(wǎng) 開關(guān)10閉合，副并網(wǎng)開關(guān)9閉合。永磁發(fā)電機(jī)2和調(diào)節(jié)電機(jī)3都處于發(fā)電狀態(tài)，永磁發(fā)電 機(jī)2將大小等于其額定容量的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能通過(guò)閉合的主并網(wǎng)開關(guān)10注入電網(wǎng)，剩余的 風(fēng)能由調(diào)節(jié)電機(jī)3轉(zhuǎn)化為電能再通過(guò)機(jī)側(cè)變流器4、網(wǎng)側(cè)變流器7、變壓器8和副并網(wǎng)開關(guān) 9注入電網(wǎng)，進(jìn)而保持電網(wǎng)有功平衡。(3)工作模式三。該工作模式適用于永磁發(fā)電機(jī)2輸出頻率小于額定值，或者由于 風(fēng)能減小或者負(fù)載增加，使得風(fēng)能小于電網(wǎng)所需的電能，永磁發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，輸出 頻率減小的情況。在該工作模式下，控制充放電裝置5處于放電狀態(tài)，機(jī)側(cè)變流器4處于逆 變狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器7處于截止?fàn)顟B(tài)，主并網(wǎng)開關(guān)10閉合，副并網(wǎng)開關(guān)9斷開。儲(chǔ)能裝置6 中的能量經(jīng)過(guò)過(guò)充放電裝置5和機(jī)側(cè)變流器4進(jìn)入調(diào)節(jié)電機(jī)3的電樞繞組，調(diào)節(jié)電機(jī)3運(yùn) 行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)充放電裝置5和機(jī)側(cè)變流器4的合理控制，可以使得調(diào)節(jié)電機(jī)3的 拖動(dòng)方向與永磁發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，進(jìn)而增加永磁發(fā)電機(jī)2的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使得永 磁發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速回升，輸出頻率增加，最終重新穩(wěn)定在額定頻率點(diǎn)運(yùn)行。在這種工作 模式下，儲(chǔ)能裝置6釋放出來(lái)的能量經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)3后變換為機(jī)械能，再和定槳距風(fēng)力機(jī)1 提供的機(jī)械能，即風(fēng)能，一起經(jīng)永磁發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)換為電能提供給電網(wǎng)，進(jìn)而保持電網(wǎng)穩(wěn)定。(4)工作模式四。針對(duì)工作模式三所面臨的風(fēng)能小于電網(wǎng)所需電能的情況，如果 此時(shí)永磁發(fā)電機(jī)2的輸出頻率雖然下降，但還在允許范圍內(nèi)時(shí)，除采取工作模式三的控制 方法外，還可以控制充放電裝置5處于放電狀態(tài)，機(jī)側(cè)變流器4處于截止?fàn)顟B(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器 7處于逆變狀態(tài)，主并網(wǎng)開關(guān)10閉合，副并網(wǎng)開關(guān)9閉合。在該工作模式下，調(diào)節(jié)電機(jī)3空 載運(yùn)行，不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，永磁發(fā)電機(jī)2將所有的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能注入電網(wǎng)，同時(shí)儲(chǔ)能裝置 6中的能量通過(guò)充放電裝置5、網(wǎng)側(cè)變流器7和變壓器8注入電網(wǎng)，來(lái)補(bǔ)償風(fēng)能與電網(wǎng)所需 電能之間的差值，進(jìn)而維持電網(wǎng)有功平衡，抑制永磁發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的下降，維持永磁發(fā) 電機(jī)2輸出頻率穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。(5)工作模式五。該工作模式適用于永磁發(fā)電機(jī)2輸出頻率大于額定值，或者由于 風(fēng)能增加或者負(fù)載減小，使得風(fēng)能大于電網(wǎng)所需的電能，永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，輸出頻 率增加的情況。在該工作模式下，控制充放電裝置5處于充電狀態(tài)，機(jī)側(cè)變流器4處于整流狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器7處于截止?fàn)顟B(tài)，主并網(wǎng)開關(guān)10閉合，副并網(wǎng)開關(guān)9斷開。在該工作模式 下，調(diào)節(jié)電機(jī)3處于回饋制動(dòng)，即發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，其電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過(guò)合理地控制 調(diào)節(jié)電機(jī)3的電磁轉(zhuǎn)矩的大小，可以使永磁發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，并最終穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn) 速，輸出電網(wǎng)所需的電能，且輸出頻率恒定。調(diào)節(jié)電機(jī)3在運(yùn)行過(guò)程中，將風(fēng)能多于電網(wǎng)所 需電能的這部分能量轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)機(jī)側(cè)變流器4和充放電裝置5，送至儲(chǔ)能裝置6，由儲(chǔ) 能裝置6存儲(chǔ)起來(lái)。這樣既可以實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能轉(zhuǎn)化，又可以確保永磁發(fā)電機(jī)2輸出頻率恒 定，維持電網(wǎng)的有功平衡。(6)工作模式六。針對(duì)工作模式五所面臨的電網(wǎng)有功功率過(guò)剩的情況，如果此時(shí)永 磁發(fā)電機(jī)2的輸出頻率雖然上升，但還在允許范圍內(nèi)時(shí)，除采取工作模式五的控制方法外， 還可以控制充放電裝置5處于充電狀態(tài)，機(jī)側(cè)變流器4處于截止?fàn)顟B(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器7處于整 流狀態(tài)，主并網(wǎng)開關(guān)10閉合，副并網(wǎng)開關(guān)9閉合。在該工作模式下，調(diào)節(jié)電機(jī)3空載運(yùn)行， 不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，永磁發(fā)電機(jī)2將所有的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能注入電網(wǎng)，同時(shí)儲(chǔ)能裝置6通過(guò)充 放電裝置5、網(wǎng)側(cè)變流器7和變壓器8吸收電網(wǎng)中的多余能量，進(jìn)而維持電網(wǎng)有功平衡，抑制 永磁發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的上升，維持永磁發(fā)電機(jī)2輸出頻率穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。(7)工作模式七。該模式針對(duì)電網(wǎng)有功功率平衡，但無(wú)功功率不平衡的情況。在控 制主并網(wǎng)開關(guān)10閉合，永磁發(fā)電機(jī)2將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能注入電網(wǎng)，滿足電網(wǎng)有功需求的同 時(shí)，控制副并網(wǎng)開關(guān)9閉合，則儲(chǔ)能裝置6、充放電裝置5、網(wǎng)側(cè)變流器7、變壓器8構(gòu)成了一 臺(tái)靜止無(wú)功發(fā)生器，按照靜止無(wú)功發(fā)生器的控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器7的交流輸出 電壓，可以為電網(wǎng)提供無(wú)功補(bǔ)償，進(jìn)而滿足電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需求。
權(quán)利要求
一種具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置，由定槳距風(fēng)力機(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器、充放電裝置、儲(chǔ)能裝置、網(wǎng)側(cè)變流器、變壓器、副并網(wǎng)開關(guān)、主并網(wǎng)開關(guān)構(gòu)成；其特征是定槳距風(fēng)力機(jī)的輸出軸與永磁發(fā)電機(jī)的輸入軸連接在一起；永磁發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)電機(jī)同軸連接；永磁發(fā)電機(jī)的電樞繞組通過(guò)主并網(wǎng)開關(guān)接至電網(wǎng)；調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞繞組與機(jī)側(cè)變流器的交流端接在一起；機(jī)側(cè)變流器的直流端與網(wǎng)側(cè)變流器的直流端連接在一起；儲(chǔ)能裝置通過(guò)充放電裝置連接在機(jī)側(cè)變流器的直流端；網(wǎng)側(cè)變流器的交流端接至變壓器的低壓端；變壓器的高壓端通過(guò)副并網(wǎng)開關(guān)接至電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征是在定槳 距風(fēng)力機(jī)與永磁發(fā)電機(jī)之間設(shè)置傳動(dòng)裝置，定槳距風(fēng)力機(jī)的輸出軸與傳動(dòng)裝置的輸入軸連 接在一起；傳動(dòng)裝置的輸出軸與永磁發(fā)電機(jī)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有儲(chǔ)能裝置的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電裝置。定槳距風(fēng)力機(jī)的輸出軸與永磁發(fā)電機(jī)的輸入軸連接在一起；永磁發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)電機(jī)同軸連接；永磁發(fā)電機(jī)的電樞繞組通過(guò)主并網(wǎng)開關(guān)接至電網(wǎng)；調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞繞組與機(jī)側(cè)變流器的交流端接在一起；機(jī)側(cè)變流器的直流端與網(wǎng)側(cè)變流器的直流端連接在一起；儲(chǔ)能裝置通過(guò)充放電裝置連接在機(jī)側(cè)變流器的直流端；網(wǎng)側(cè)變流器的交流端接至變壓器的低壓端；變壓器的高壓端通過(guò)副并網(wǎng)開關(guān)接至電網(wǎng)。本發(fā)明將儲(chǔ)能裝置應(yīng)用于永磁風(fēng)力發(fā)電裝置中，不僅可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的變速恒頻運(yùn)行，還可以在對(duì)最大風(fēng)能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的同時(shí)，依靠自身的調(diào)節(jié)能力靈活地改變發(fā)電裝置輸出的有功功率和無(wú)功功率，確保電網(wǎng)的功率平衡。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101871433SQ201010197518
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉政宇, 張強(qiáng), 張敬南, 張文義, 石建飛, 趙凱岐 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)