專利名稱：一種鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，特別是一種采用鼠籠發(fā)電機(jī)具有儲能功能的直驅(qū)式鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總是希望吸納最多的風(fēng)能并轉(zhuǎn)化為電能，而風(fēng)能利用率與風(fēng)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之比有關(guān)，因此風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須能夠隨風(fēng)速變化，而系統(tǒng)輸出電能的頻率要求與電網(wǎng)頻率一致保持恒定?，F(xiàn)有的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種雙饋異步發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)。雙饋型發(fā)電機(jī)的定子與電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子采用雙PWM變流器控制，電能主要通過定子繞組饋至電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子變流器功率需求較小，但是雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為繞組式，需要外接電刷，其定子頻率與電網(wǎng)頻率一致，風(fēng)機(jī)與發(fā)電機(jī)主軸需要通過減速齒輪連接，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低、維護(hù)困難。無刷雙饋異步發(fā)電機(jī)采用雙定子加鼠籠 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)雖然無電刷，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難。直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)大多采用永磁同步發(fā)電機(jī)，風(fēng)機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接無需減速齒輪，但是永磁同步發(fā)電機(jī)體積重量較大、永磁材料價格很高且存在失磁現(xiàn)象，運(yùn)行中發(fā)電電壓不穩(wěn)定難以控制，為解決永磁電機(jī)的問題采用電勵磁或者復(fù)合勵磁同步發(fā)電機(jī)，又需在系統(tǒng)中增加勵磁電刷和勵磁控制裝置，消耗勵磁電能，維護(hù)困難。現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓下降時，均會產(chǎn)生低電壓穿越問題，，即電網(wǎng)電壓突變引起并網(wǎng)功率的突變，但是發(fā)電機(jī)機(jī)械時間常數(shù)遠(yuǎn)大于電氣時間常數(shù)造成發(fā)電機(jī)電能擁堵。低電壓穿越嚴(yán)重時會導(dǎo)致風(fēng)電場退出運(yùn)行，進(jìn)一步加劇電網(wǎng)電壓下降，采用轉(zhuǎn)子短路或者電阻消耗方式吸收低電壓穿越的電能，需要外加控制電路，并且會造成發(fā)電機(jī)發(fā)熱、能量浪費(fèi)。采用雙饋異步發(fā)電機(jī)和電勵磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于啟動依賴于外部電源，因此無法離網(wǎng)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無法離網(wǎng)運(yùn)行的問題，并有效地解決低電壓穿越問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)葉輪機(jī)、鼠籠發(fā)電機(jī)、定子變頻器、并網(wǎng)逆變器、電網(wǎng)、變壓器、負(fù)載，電網(wǎng)通過第一變壓器、第二變壓器與負(fù)載連接，并網(wǎng)逆變器并接入第一變壓器和第二變壓器之間，并網(wǎng)逆變器與定子變頻器連接，并網(wǎng)逆變器與定子單元之間并接有一個直流電容，風(fēng)葉輪機(jī)與鼠籠發(fā)電機(jī)連接，鼠籠發(fā)電機(jī)接入定子變頻器，還包括儲能單元；所述儲能單元包括儲能電池及與其相連的充放電電路，充放電電路并接入直流電容和并網(wǎng)逆變器之間；所述充放電電路為雙向直流變換器。所述雙向直流變換器包括兩個開關(guān)器件、兩個二極管、電感，第一個開關(guān)器件與第一個二極管并聯(lián)組成第一支路，第二個開關(guān)器件與第二個二極管并聯(lián)組成第二支路，第一支路與第二支路并聯(lián)，電感分別與第一支路和第二支路連接。所述開關(guān)器件為IGBT。本發(fā)明的儲能單元有效地解決了現(xiàn)有的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不能離網(wǎng)運(yùn)行的問題，有效地解決了低電壓穿越問題；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積重量小、價格低廉、維護(hù)方便,提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度。


圖I為本發(fā)明一實施例結(jié)構(gòu)框 圖2為本發(fā)明一實施例電路原理 圖3為本發(fā)明一實施例定子變頻器控制原理框圖；
圖4為本發(fā)明一實施例并網(wǎng)逆變器控制原理框 圖5為本發(fā)明一實施例儲能單元控制原理框 圖6為本發(fā)明一實施例電能流動狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，本發(fā)明一實施例包括風(fēng)葉輪機(jī)、鼠籠發(fā)電機(jī)、定子變頻器、并網(wǎng)逆變器、電網(wǎng)、變壓器、負(fù)載，電網(wǎng)通過第一變壓器、第二變壓器與負(fù)載連接，并網(wǎng)逆變器并接入第一變壓器和第二變壓器之間，并網(wǎng)逆變器與定子變頻器連接，并網(wǎng)逆變器與定子單元之間并接有一個直流電容，風(fēng)葉輪機(jī)與鼠籠發(fā)電機(jī)連接，鼠籠發(fā)電機(jī)接入定子變頻器，還包括儲能單元；所述儲能單元包括儲能電池及與其相連的充放電電路，充放電電路并接入直流電容和并網(wǎng)逆變器之間；所述充放電電路包括兩個開關(guān)器件、兩個二極管、電感，第一個開關(guān)器件與第一個二極管并聯(lián)組成第一支路，第二個開關(guān)器件與第二個二極管并聯(lián)組成第二支路，第一支路與第二支路并聯(lián)，電感分別與第一支路和第二支路連接。鼠籠發(fā)電機(jī)為YVP系列變頻專用鼠籠式三相異步電機(jī)，鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與風(fēng)機(jī)主軸間直接連接無減速齒輪，采用690V多極對數(shù)鼠籠發(fā)電機(jī)可以提高發(fā)電機(jī)的工作效率，降低定子變頻器的控制難度并與現(xiàn)有的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兼容。如圖2所示，定子變頻器為三相全橋逆變電路，由全控型電路半導(dǎo)體器件如IGBT構(gòu)成，其輸出交流基波電壓數(shù)值必須超過鼠籠發(fā)電機(jī)的額定工作電壓，直流電容工作電壓必須大大超過定子變頻器輸出基波電壓幅值，如果直流電容電壓較高，定子變頻器可以采用多電平電路結(jié)構(gòu)，定子變頻器輸出功率容量必須大于鼠籠發(fā)電機(jī)的額定功率，并網(wǎng)逆變器根據(jù)并網(wǎng)要求可以采用三相全橋或者單相全橋逆變器電路，由全控型電路半導(dǎo)體器件如IGBT構(gòu)成，如果直流電容電壓較高可以采用多電平電路，儲能單元由儲能電池和充放電電路組成，儲能電池采用可充電電池，充放電電路采用雙向直流變換器電路，由全控型電路半導(dǎo)體器件如IGBT構(gòu)成，儲能電池電壓比直流電容電壓低，充電時由VBra、L、DBUCK構(gòu)成降壓型直流一直流變換電路，放電時由VBOTSt、L, Deoost構(gòu)成升壓型直流一直流變換電路。如圖3所示的定子變頻器采用間接轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方法，鼠籠發(fā)電機(jī)工作于再生制動狀態(tài)，由風(fēng)速V和預(yù)
定的最大風(fēng)能利用率得到相應(yīng)的鼠籠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速期望值 < ,鼠籠發(fā)電機(jī)實際轉(zhuǎn)速巧與期望值之差通過轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器獲得定子轉(zhuǎn)矩電流期望值4。根據(jù)鼠籠發(fā)電機(jī)氣隙磁鏈勵磁要
求，確定定子勵磁電流期望值4,由4和4可以得到鼠籠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的期望值^,與
實際轉(zhuǎn)速]相加后得到轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速的期望值4經(jīng)積分后得到轉(zhuǎn)子磁鏈當(dāng)前位置角
度％，檢測鼠籠發(fā)電機(jī)的定子三相電流實際值，經(jīng)坐標(biāo)變換后得到實際的勵磁電流&和
轉(zhuǎn)矩電流&，將上述&輸入定子電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行閉環(huán)控制并經(jīng)過坐標(biāo)變換后
得到定子變頻器輸出電壓的期望值<，采用SVPMW算法計算控制定子變頻器開關(guān)器件的通斷狀態(tài)以驅(qū)動鼠籠發(fā)電機(jī)運(yùn)行。如圖4所示的并網(wǎng)逆變器可以接入電網(wǎng)，也可以是離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，定子變流器將鼠籠發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)移到直流電容上，將導(dǎo)致有升高趨勢，而直流電容電壓的期
望值與的差值通過調(diào)節(jié)器計算后得到需要由并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)或者負(fù)載上
的有功功率，該功率大致與風(fēng)機(jī)吸納的風(fēng)能功率Ar相等，并網(wǎng)逆變器接受電網(wǎng)調(diào)度可以
輸出額外的有功功率A和無功功率Ge ,上述有功、無功功率與電網(wǎng)或者負(fù)載的電壓有效
值bI通過功率(P ) —電流(I)變換，得到以電壓矢量定向的DQ坐標(biāo)系中并網(wǎng)逆變器的輸
出電流指令值‘和^。并網(wǎng)逆變器的實際工作電流通過坐標(biāo)變換得到^和4 ,與輸出電流
指令值G和匕分別相減得到偏差后輸入電流調(diào)節(jié)器得到DQ坐標(biāo)系的輸出電壓矢量和
再經(jīng)過逆向坐標(biāo)變換得到ABC坐標(biāo)中的輸出電壓，通過SVPWM算法計算并網(wǎng)逆變器可關(guān)斷器件的通斷狀態(tài)，控制并網(wǎng)逆變器工作。如圖5所示的儲能單元有兩種狀態(tài)充電狀態(tài)和放電狀態(tài)。儲能電池的設(shè)計電壓Udc比直流電容設(shè)定工作電壓低，充電狀態(tài)下雙向直流變換器作為BUCK變換器運(yùn)行，
放電狀態(tài)下雙向直流變換作為Boost變換器運(yùn)行，開關(guān)器件^_和匕_的開關(guān)控制周期
均不固定，充電狀態(tài)下充電電流與圖2中電感L中的電流G相同，根據(jù)電池系統(tǒng)的充電曲線
可以確定電感電流控制指令值C ,將C與h的差值通過滯環(huán)比較確定開關(guān)器件的開
通和關(guān)斷時間，放電狀態(tài)下要根據(jù)系統(tǒng)下達(dá)的放電功率A5計算，放電過程中圖2所示電感
電流4與電池電流相同，因此根據(jù)Plh除以當(dāng)前電池電壓Umt可以計算出放電電流的控制
指令值4 ,與匕的差值通過滯環(huán)比較器確定開關(guān)器件匕的開通和關(guān)斷時間。如圖6所示電能在直流電容、儲能電池、電網(wǎng)或負(fù)載之間能夠自由流動,能量流動的控制依據(jù)是如圖4中的直流電容電壓;和電網(wǎng)調(diào)度有功功率乓和無功功率指令Q15 ，鼠籠發(fā)電機(jī)啟動前，儲能單元向直流電容提供恒定的充電電流直至達(dá)到設(shè)計工作狀態(tài)，鼠籠發(fā)電機(jī)啟動后將風(fēng)機(jī)吸納的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能轉(zhuǎn)移到直流電各上，[^07保持上升趨勢達(dá)到預(yù)定電壓值后，并網(wǎng)逆變器開始工作將電能從直流電容轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)或負(fù)載。如果電網(wǎng)調(diào)度要求的有功功率超出鼠籠發(fā)電機(jī)發(fā)電功率，則直流電容電壓趨向于下降，此時儲能單元將電池儲存的電能轉(zhuǎn)移到直流電容上，補(bǔ)充能量需求不足，根據(jù)直流電容充電以及低電壓穿越對電池容量的要求確定電池儲存電能的最低水平和最高水平，電池儲能低于最低 水平時儲能單元強(qiáng)制為電池充電，高于最高水平時儲能單元強(qiáng)制為電池放電，處于兩者之
間時根據(jù)直流電容電壓和電網(wǎng)有功功率調(diào)度要求確定充、放電狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)葉輪機(jī)、鼠籠發(fā)電機(jī)、定子變頻器、并網(wǎng)逆變器、電網(wǎng)、變壓器、負(fù)載，電網(wǎng)通過第一變壓器、第二變壓器與負(fù)載連接，并網(wǎng)逆變器并接入第一變壓器和第二變壓器之間，并網(wǎng)逆變器與定子變頻器連接，并網(wǎng)逆變器與定子單元之間并接有一個直流電容，風(fēng)葉輪機(jī)與鼠籠發(fā)電機(jī)連接，鼠籠發(fā)電機(jī)接入定子變頻器，其特征在于，還包括儲能單元；所述儲能單元包括儲能電池及與其相連的充放電電路，充放電電路并接入直流電容和并網(wǎng)逆變器之間；所述充放電電路為雙向直流變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向直流變換器包括兩個開關(guān)器件、兩個二極管、電感，第一個開關(guān)器件與第一個二極管并聯(lián)組成第一支路，第二個開關(guān)器件與第二個二極管并聯(lián)組成第二支路，第一支路與第二支路并聯(lián)，電感分別與第一支路和第二支路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)器件為IGBT。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述定子變頻器為三相全橋逆變電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述并網(wǎng)逆變器為三相全橋逆變器或者單相全橋逆變器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述鼠籠發(fā)電機(jī)為YVP系列變頻鼠籠式三相異步電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)葉輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、定子變頻器、并網(wǎng)逆變器、電網(wǎng)、變壓器、負(fù)載，還包括儲能單元；所述儲能單元包括儲能電池及與其相連的充放電電路，充放電電路并接入直流電容和并網(wǎng)逆變器之間；所述充放電電路為雙向直流變換器，本發(fā)明的儲能單元有效地解決了現(xiàn)有的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不能離網(wǎng)運(yùn)行的問題，有效地解決了低電壓穿越問題；本發(fā)明采用鼠籠發(fā)電機(jī)，因此與現(xiàn)有的鼠籠發(fā)電機(jī)直驅(qū)式可儲能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積重量小、價格低廉、維護(hù)方便，提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度。
文檔編號H02J3/38GK102709945SQ20121018045
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者胡楷 申請人:胡楷