專利名稱：一種多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分布式發(fā)電的整流方法，尤其是適用于風(fēng)力發(fā)電的多發(fā)電機(jī) 機(jī)組多脈整流方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是一類工作在低速范圍的新能源發(fā)電方式，采用低速同步電機(jī)或永磁電 機(jī)加上整流逆變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即直驅(qū)系統(tǒng)，可以取得效率高、對電力系統(tǒng)供電控制容易等一 系列優(yōu)點。然而直驅(qū)系統(tǒng)需要龐大的低速同步電機(jī)，而且由于工作頻率低、整流輸出的脈動 大，需要體積很大的濾波元件，這些都造成了直驅(qū)系統(tǒng)體積、重量、成本都成問題。半直驅(qū)系 統(tǒng)是通過單級齒輪來加速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，從而縮小系統(tǒng)體積。在半直驅(qū)系統(tǒng)中采用多個 電機(jī)是一種較好的做法，增加電機(jī)后，不僅可以縮小每臺電機(jī)的體積、降低整流及逆變電路 的其中功率半導(dǎo)體器件的耐壓、容量要求，而且有可能通過提高整流脈波數(shù)來降低濾波要 求，從而進(jìn)一步縮小系統(tǒng)的體積、重量與成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于風(fēng)力發(fā)電的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，以提 高多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流性能。本發(fā)明提供的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征在于包括多個結(jié)構(gòu)與容量相 同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束同步運(yùn)行的L臺發(fā)電機(jī)，L > 2，將L臺發(fā)電機(jī)平均分成M組，M > 1，每 組發(fā)電機(jī)組包括N臺發(fā)電機(jī)，N彡2。設(shè)每一臺發(fā)電機(jī)內(nèi)部的總繞組數(shù)為F，將該F個繞組平均分成J組，J ^ 1，每組均 有K相繞組，K ^ 2，每組繞組為一個整流單元。每臺發(fā)電機(jī)內(nèi)的繞組符合以下電氣角度要 求同一個整流單元的繞組電氣角度平均分布，相互間隔電角度α = 360° /K;當(dāng)同一個 發(fā)電機(jī)中有多個整流單元時，相鄰整流單元所對應(yīng)的繞組之間的電角度β根據(jù)總繞組數(shù)F 的奇偶數(shù)確定(a)當(dāng)F為偶數(shù)時，β = 360° /(2XJXK) ;(b)當(dāng)F為奇數(shù)時，β = 360° / (JXK)。將每組發(fā)電機(jī)組中能夠生成相同相位電壓的繞組定義為發(fā)電機(jī)之間對應(yīng)繞組。同 一個發(fā)電機(jī)組中相鄰發(fā)電機(jī)對應(yīng)繞組的電角度依次相差δ = 360° /(2XJXKXN)。將各發(fā)電機(jī)組中的第一臺發(fā)電機(jī)之間對應(yīng)繞組定義為發(fā)電機(jī)組對應(yīng)繞組。相鄰發(fā) 電機(jī)組對應(yīng)繞組的電角度依次相差^ = 360°/(2 χ J χ K χ M χ N)。將每臺發(fā)電機(jī)的J個整流單元的輸出端分別與P個整流器的輸入端相連，P = J，P 個整流器的直流輸出端順極性串聯(lián)，構(gòu)成一臺發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置；將每組發(fā)電機(jī)組中 N臺發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置的輸出端順極性串聯(lián)，形成一個發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置，將M 組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置的輸出端并聯(lián)或獨立輸出，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端。在發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)并網(wǎng)饋送電能的情況下，可以在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端接逆 變電路。逆變電路可以是單相逆變器或多相逆變器。
為了在不同的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下能夠得到穩(wěn)定的電壓幅值，可以在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整 流輸出端連接直流-直流電壓升壓電路或者電壓降壓電路。例如boost電路，buck電路或 者buck-boost電路等。在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并網(wǎng)的情況下，進(jìn)一步可在直流-直流電壓升壓電 路或者電壓降壓電路的輸出端接逆變電路。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，能夠在分布式發(fā)電系統(tǒng)的整流直流側(cè) 實現(xiàn)多脈波整流并獲得更高電壓等級，更加平穩(wěn)的直流電壓，降低電流等級和電路損耗，降 低濾波電容的容量。


圖1是四臺發(fā)電機(jī)機(jī)組組成的多脈整流方法示意圖；
具體實施例方式參照圖1，本例有結(jié)構(gòu)與容量相同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束(如采用旋轉(zhuǎn)大齒輪與發(fā)電機(jī) 的齒輪嚙合)同步運(yùn)行的4臺發(fā)電機(jī)Gll，G12，G21，G22，將4臺發(fā)電機(jī)平均分成2組Ql， Q2，(即M = 2)，每組發(fā)電機(jī)組包括2臺發(fā)電機(jī)(即N= 2)。設(shè)每一臺發(fā)電機(jī)為六相發(fā)電機(jī)，以第一臺發(fā)電機(jī)Gll為例，如圖1所示。內(nèi)部的總 繞組數(shù)為F = 6，將6個繞組平均分成2組Sl和S2 (即J = 2)，每組繞組為一個整流單元， 每組均有3相繞組(即K = 3)。發(fā)電機(jī)內(nèi)的繞組符合以下電氣角度要求同一個整流單元的繞組相互間隔電角度 α = 360° /K =120°第一個整流單元Sl的繞組Τ11，Τ12，Τ13相互間隔電角度為120°， 第二個整流單元S2的繞組Τ21，Τ22，Τ23相互間隔電角度為120°。兩個整流單元之間的 對應(yīng)繞組Tll與Τ21之間的電角度β = 360° /(2XJXK) =30°電角度。將每組發(fā)電機(jī)組中能夠生成相同相位電壓的繞組定義為發(fā)電機(jī)之間對應(yīng)繞組，在 圖1中，同一個發(fā)電機(jī)組Ql中發(fā)電機(jī)Gll中的繞組Tll與發(fā)電機(jī)G12中的繞組Tll為對應(yīng) 繞組。對應(yīng)繞組之間的電角度相差S = 360° /(2XJXKXN) =15°。將各發(fā)電機(jī)組中的第一臺發(fā)電機(jī)之間對應(yīng)繞組定義為發(fā)電機(jī)組對應(yīng)繞組，發(fā)電機(jī) Gll的繞組Tll與發(fā)電機(jī)G21的繞組Tll是發(fā)電機(jī)組Ql與發(fā)電機(jī)組Q2的對應(yīng)繞組。相鄰 發(fā)電機(jī)組對應(yīng)繞組的電角度依次相差0 = 360"/(2 χ Jχ K χ M χ N)，所以發(fā)電機(jī)Gl 1的繞組Tll 與發(fā)電機(jī)G21的繞組Tll之間相差ρ=7.5°電角度。將每臺發(fā)電機(jī)的2個整流單元的輸出端分別與2個整流器Al，Α2的輸入端相連， 整流器可以是二極管整流橋，晶間管整流橋等等。2個整流器Α1，Α2的直流輸出端順極性串 聯(lián)，構(gòu)成一臺發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置，本例中四臺發(fā)電機(jī)共有四個多脈整流裝置Bll，Β12, Β21, Β22 ；將每組發(fā)電機(jī)組中2臺發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置的輸出端順極性串聯(lián)，形成發(fā)電機(jī) 組的兩個多脈整流裝置Cl，C2，此例中將2組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置Cl，C2的輸出端并 聯(lián)，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端?；蛘咭部梢詫?組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置Cl，C2獨立輸出，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組 的整流輸出端。在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的輸出端，不同相位的發(fā)電機(jī)輸出電壓相互疊加，電壓峰值脈波數(shù)增加，幅值變小，從而可獲得平穩(wěn)的直流整流輸出電壓。本例采用4臺發(fā)電機(jī)，按上述方法多脈整流，在直流輸出側(cè)可獲得48脈波的直流 電壓，使用270V線線電壓的發(fā)電機(jī)時，可以生成1460V的直流電壓。在圖1所示具體實例中，在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端依次連接有boost升壓電 路Fl和逆變電路El，這樣可以進(jìn)一步減小直流電壓波動，使得幅值更加穩(wěn)定。本發(fā)明通過合理地設(shè)計發(fā)電機(jī)繞組之間、同組發(fā)電機(jī)之間、發(fā)電機(jī)組之間的電角 度，在多發(fā)電機(jī)機(jī)組整流后的直流側(cè)，可獲得平穩(wěn)的直流電壓。本發(fā)明適用于諸如風(fēng)力發(fā)電 機(jī)這種轉(zhuǎn)速變化范圍較大的場合。
權(quán)利要求
一種多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征在于包括多個結(jié)構(gòu)與容量相同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束同步運(yùn)行的L臺發(fā)電機(jī)，L≥2，將L臺發(fā)電機(jī)平均分成M組，M≥1，每組發(fā)電機(jī)組包括N臺發(fā)電機(jī)，N≥2。設(shè)每一臺發(fā)電機(jī)內(nèi)部的總繞組數(shù)為F，將該F個繞組平均分成J組，J≥1，每組均有K相繞組，K≥2，每組繞組為一個整流單元。每臺發(fā)電機(jī)內(nèi)的繞組符合以下電氣角度要求同一個整流單元的繞組電氣角度平均分布，相互間隔電角度α＝360°/K；當(dāng)同一個發(fā)電機(jī)中有多個整流單元時，相鄰整流單元所對應(yīng)的繞組之間的電角度β根據(jù)總繞組數(shù)F的奇偶數(shù)確定(a)當(dāng)F為偶數(shù)時，β＝360°/(2×J×K)；(b)當(dāng)F為奇數(shù)時，β＝360°/(J×K)。將每組發(fā)電機(jī)組中能夠生成相同相位電壓的繞組定義為發(fā)電機(jī)之間對應(yīng)繞組。同一個發(fā)電機(jī)組中相鄰發(fā)電機(jī)對應(yīng)繞組的電角度依次相差δ＝360°/(2×J×K×N)。將各發(fā)電機(jī)組中的第一臺發(fā)電機(jī)之間對應(yīng)繞組定義為發(fā)電機(jī)組對應(yīng)繞組。相鄰發(fā)電機(jī)組對應(yīng)繞組的電角度依次相差將每臺發(fā)電機(jī)的J個整流單元的輸出端分別與P個整流器(Aj，j＝1～J)的輸入端相連，P＝J，P個整流器的直流輸出端順極性串聯(lián)，構(gòu)成一臺發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置(Bmn，m＝1～M，n＝1～N)；將每組發(fā)電機(jī)組中N臺發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置(Bm1，Bm2，..BmN)的輸出端順極性串聯(lián)，形成一個發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置(Cm，m＝1～M)，將M組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置(Cm)的輸出端并聯(lián)或獨立輸出，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端。FSA00000171617100011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征是在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的 整流輸出端接逆變電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征是在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的 整流輸出端連接直流-直流電壓升壓電路或者電壓降壓電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征是在直流_直流電壓 升壓電路或者電壓降壓電路的輸出端接逆變電路。
全文摘要
本發(fā)明公開的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，將多臺結(jié)構(gòu)與容量相同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束同步運(yùn)行的發(fā)電機(jī)平均分成M組，每組發(fā)電機(jī)組包括N臺發(fā)電機(jī)，通過合理地設(shè)計發(fā)電機(jī)繞組之間、同組發(fā)電機(jī)之間、發(fā)電機(jī)組之間的電角度，在多發(fā)電機(jī)機(jī)組整流后的直流側(cè)，不同相位的發(fā)電機(jī)輸出電壓相互疊加，電壓峰值脈波數(shù)增加，幅值變小，從而可獲得平穩(wěn)的直流輸出電壓，降低電流等級和電路損耗，降低濾波電容的容量。
文檔編號H02M7/12GK101882880SQ201010218400
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者呂征宇, 姚文熙, 潘式正, 王仕韜, 鄭家龍 申請人:浙江大學(xué)