專利名稱：發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 該系統(tǒng)尤其適用于風(fēng)力發(fā)電及水利發(fā)電。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)由于技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，各種形式的發(fā)電系統(tǒng)中被廣泛地使用。而對(duì)于水利發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于在一天中的各個(gè)時(shí)刻水流速度和風(fēng)速是不斷變化的，原動(dòng)機(jī)或者原動(dòng)機(jī)經(jīng)管齒輪箱等變速機(jī)構(gòu)輸出的轉(zhuǎn)速難以保持恒定， 在采用同步發(fā)電機(jī)為核心的發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電系統(tǒng)輸出的電壓頻率和幅值難以保持穩(wěn)定。 對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于在現(xiàn)在風(fēng)電機(jī)組由離網(wǎng)型、向并網(wǎng)型小容量向大容量發(fā)展的階段， 這一問題更是尤為突出。為了解決上述問題，要么強(qiáng)迫原動(dòng)機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速匹配，對(duì)于水力發(fā)電而言，可能導(dǎo)致水輪機(jī)無法處于最佳工況，大大降低了發(fā)電效率，同時(shí)會(huì)降低發(fā)電機(jī)組的壽命；要么在發(fā)電系統(tǒng)的輸出端增加變頻裝置，這無疑增加了成本，也不利于提高發(fā)電效率。同時(shí)，并網(wǎng)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)必須從電網(wǎng)吸收感性的無功電流，這將導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)下降，也不利于提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的以同步電機(jī)為核心的發(fā)電系統(tǒng)，在原動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行時(shí)發(fā)電系統(tǒng)難以保持恒頻輸出的缺陷，提供一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的第一方面，一種發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括
第一電機(jī)，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，轉(zhuǎn)子采用多相對(duì)稱的勵(lì)磁繞組進(jìn)行交流勵(lì)磁，定子采用三相繞組，輸出預(yù)定頻率的三相交流電；
第二電機(jī)，第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子與第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連接，第二電機(jī)的定子進(jìn)行勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行饋電；
第一變頻裝置，其連接第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，與第一電機(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)向第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組輸入頻率為第一電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的交流勵(lì)磁電進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明中，所述第一電機(jī)的定子繞組連接電網(wǎng)，定子繞組輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。所述第一電機(jī)的定子繞組通過第三變頻裝置連接電網(wǎng)，并通過第三變頻裝置輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。本發(fā)明中，所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組采用m相交流勵(lì)磁，其轉(zhuǎn)子具有mXP對(duì)分裂凸極，mXP對(duì)分裂凸極的勵(lì)磁繞組由m相各P對(duì)勵(lì)磁繞組組成，m相勵(lì)磁繞組在空間上相差360Λ2ΧπιΧΡ)度電角度分布，m相勵(lì)磁繞組由第一變頻裝置輸入時(shí)間上相差360/ (2Xm)度電角度的交流電進(jìn)行勵(lì)磁。所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子為隱極轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱的勵(lì)磁繞組，由第一變頻裝置輸入三相交流電進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明中，所述第二電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)，定子繞組通過第二變頻裝置由電網(wǎng)提供直流電進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明中，所述第二電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，定子安裝永磁體，由永磁體進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明的第二方面，一種發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括
設(shè)置與原動(dòng)機(jī)同軸連接的第一電機(jī)和第二電機(jī)，第二電機(jī)采用定子勵(lì)磁，其轉(zhuǎn)子繞組通過與第一電機(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)的第一變頻裝置向第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組提供交流勵(lì)磁電源；
根據(jù)第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和第一電機(jī)定子繞組所輸出三相交流電的預(yù)定頻率，控制第一變頻裝置輸出的交流勵(lì)磁電的頻率始終等于第一電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率。本發(fā)明中，所述第一電機(jī)的定子繞組連接電網(wǎng)，定子繞組輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。所述第一電機(jī)的定子繞組通過第三變頻裝置連接電網(wǎng)，并通過第三變頻裝置輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。本發(fā)明中，所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組采用m相交流勵(lì)磁，其轉(zhuǎn)子具有mXP對(duì)分裂凸極，mXP對(duì)分裂凸極的勵(lì)磁繞組由m相各P對(duì)勵(lì)磁繞組組成，m相勵(lì)磁繞組在空間上相差360Λ2ΧπιΧΡ)度電角度分布，m相勵(lì)磁繞組由第一變頻裝置輸入時(shí)間上相差360/ (2Xm)度電角度的交流電進(jìn)行勵(lì)磁。所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子為隱極轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱的勵(lì)磁繞組，由第一變頻裝置輸入三相交流電進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明中，所述第二電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)，定子繞組通過第二變頻裝置由電網(wǎng)提供直流進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明中，所述第二電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，定子安裝永磁體，由永磁體進(jìn)行勵(lì)磁。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，由于第一電機(jī)與第二電機(jī)同軸設(shè)置，第二電機(jī)轉(zhuǎn)子與第一電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，第二電機(jī)提供的勵(lì)磁電源通過同速度旋轉(zhuǎn)的變頻裝置直接連通第一電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組，省略容易出故障的碳刷，大大減少了第一電機(jī)的維修費(fèi)用及時(shí)間。通過變頻裝置改變第一電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源的頻率，可以適應(yīng)第一電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，使其與原動(dòng)機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速匹配，提高機(jī)組的效率并顯著提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。同時(shí)，通過變頻裝置改變第一電機(jī)勵(lì)磁電流的幅度，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)出或吸取的無功分量，以適應(yīng)電網(wǎng)功率因數(shù)的調(diào)整，特別是可以深吸電網(wǎng)無功穩(wěn)定運(yùn)行；通過變頻裝置改變第一電機(jī)勵(lì)磁電流的相位，可以快速完成發(fā)電狀態(tài)的電磁調(diào)節(jié)過程，從而保證發(fā)電系統(tǒng)電壓或無功的快速調(diào)節(jié)。
這樣，在水力發(fā)電中，可以根據(jù)水頭不同季節(jié)的變化相應(yīng)地改變第一電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源的頻率，使得水輪機(jī)無論在汛期還是枯水期都處于最佳工況，提高效率，并延長機(jī)組的使用壽命。在風(fēng)力發(fā)電中，在風(fēng)力大小變化時(shí)，使風(fēng)力機(jī)葉尖轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之比保持不變來達(dá)到最佳的風(fēng)能利用率，第一電機(jī)變速運(yùn)行中，始終保持輸出恒頻的交流電。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明的主旨在于，針對(duì)現(xiàn)有以同步電機(jī)為核心的發(fā)電系統(tǒng)，尤其是水利發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于在一天中的各個(gè)時(shí)刻水流速度和風(fēng)速是不斷變化的，原動(dòng)機(jī)或者原動(dòng)機(jī)經(jīng)管齒輪箱等變速機(jī)構(gòu)輸出的轉(zhuǎn)速難以保持恒定，使得發(fā)電系統(tǒng)輸出的電壓頻率和幅值難以保持穩(wěn)定的問題，提供一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)控制方法。參見圖1，本發(fā)明的實(shí)施例一中，第一電機(jī)1的定子繞組與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的定子繞組相同，采用三相繞組，轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)6或者原動(dòng)機(jī)6經(jīng)齒輪箱等變速機(jī)構(gòu)7的帶動(dòng)下，定子繞組向電網(wǎng)5進(jìn)行饋電，定子繞組中的三相對(duì)稱交流電，則在第一電機(jī)1的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，此旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速
權(quán)利要求
1.發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括第一電機(jī)，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，轉(zhuǎn)子采用多相對(duì)稱的勵(lì)磁繞組進(jìn)行交流勵(lì)磁，定子采用三相繞組，輸出預(yù)定頻率的三相交流電；第二電機(jī)，第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子與第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸連接，第二電機(jī)的定子進(jìn)行勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行饋電；第一變頻裝置，其連接第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，與第一電機(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)向第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組輸入頻率為第一電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的交流勵(lì)磁電進(jìn)行勵(lì)磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述第一電機(jī)的定子繞組連接電網(wǎng)，定子繞組輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述第一電機(jī)的定子繞組通過第三變頻裝置連接電網(wǎng)，并通過第三變頻裝置輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組采用m相交流勵(lì)磁，其轉(zhuǎn)子具有mXP對(duì)分裂凸極，mXP對(duì)分裂凸極的勵(lì)磁繞組由m相各P對(duì)勵(lì)磁繞組組成，m相勵(lì)磁繞組在空間上相差360Λ2ΧπιΧΡ)度電角度分布，m相勵(lì)磁繞組由第一變頻裝置輸入時(shí)間上相差360Λ2Χπι)度電角度的交流電進(jìn)行勵(lì)磁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子為隱極轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱的勵(lì)磁繞組，由第一變頻裝置輸入三相交流電進(jìn)行勵(lì)磁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述第二電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)，定子繞組通過第二變頻裝置由電網(wǎng)提供直流電進(jìn)行勵(lì)磁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述第二電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，定子安裝永磁體，由永磁體進(jìn)行勵(lì)磁。
8.發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括設(shè)置與原動(dòng)機(jī)同軸連接的第一電機(jī)和第二電機(jī)，第二電機(jī)采用定子勵(lì)磁，其轉(zhuǎn)子繞組通過與第一電機(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)的第一變頻裝置向第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組提供交流勵(lì)磁電源；根據(jù)第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和第一電機(jī)定子繞組所輸出三相交流電的預(yù)定頻率，控制第一變頻裝置輸出的交流勵(lì)磁電的頻率始終等于第一電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述第一電機(jī)的定子繞組連接電網(wǎng)，定子繞組輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述第一電機(jī)的定子繞組通過第三變頻裝置連接電網(wǎng)，并通過第三變頻裝置輸出電網(wǎng)頻率的三相交流電。
全文摘要
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的以同步電機(jī)為核心的發(fā)電系統(tǒng)，在原動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行時(shí)發(fā)電系統(tǒng)難以保持恒頻輸出的缺陷，提供一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明根據(jù)第一電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和第一電機(jī)定子繞組所輸出三相交流電的預(yù)定頻率，控制第一變頻裝置輸出的交流勵(lì)磁電源的頻率，始終等于第一電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，以適應(yīng)第一電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，使其與原動(dòng)機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速匹配，實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻輸出，同時(shí)提高發(fā)電系統(tǒng)的效率并顯著提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02P9/42GK102291078SQ20111022624
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者劉立軍, 張映明, 高關(guān)中 申請(qǐng)人:東元總合科技(杭州)有限公司