多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組，其解決了現(xiàn)有雙饋發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下效率較低的技術(shù)問題，其包括無刷雙饋發(fā)電機(jī)、第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)，無刷雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組包括相互獨(dú)立極數(shù)不同的第一套定子繞組和第二套定子繞組；第一套定子繞組連接有角接開關(guān)和星接開關(guān)；第二套定子繞組的連接有角接開關(guān)和星接開關(guān)。本發(fā)明可用于風(fēng)力發(fā)電。
【專利說明】多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，特別是涉及一種多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組。

【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括兩種運(yùn)行方式，一種是恒速恒頻運(yùn)行方式，另一種是變速恒頻運(yùn)行方式。在恒速恒頻的運(yùn)行方式下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，從而保證和電網(wǎng)頻率一致的恒定的頻率，這種方式存在風(fēng)能利用率低、效率低、需要無功補(bǔ)償裝置、輸出功率不可控等缺陷。所以變速恒頻運(yùn)行方式應(yīng)用的越來越廣，在變速恒頻的運(yùn)行方式下，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，發(fā)電機(jī)組通過轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流相位頻率等的調(diào)節(jié)，使定子側(cè)輸出恒頻恒壓電能，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高，效率高。
[0003]目前實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行方式的發(fā)電機(jī)組主要有雙饋異步發(fā)電機(jī)組和無刷雙饋發(fā)電機(jī)組，尤其是在兆瓦級(jí)的風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用很廣。
[0004]對(duì)于雙饋異步發(fā)電機(jī)組，其設(shè)置有高增速比的齒輪箱作為傳動(dòng)部件、一臺(tái)局部功率(非全功率)的變頻器。
[0005]雙饋異步發(fā)電機(jī)通過控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，使定子的輸出頻率保持在工頻。當(dāng)雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通過三相低頻電流時(shí)，在轉(zhuǎn)子中會(huì)形成一個(gè)低速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速相疊加，使其等于定子的同步轉(zhuǎn)速，從而在發(fā)電機(jī)定子繞組中感應(yīng)出相應(yīng)于同步轉(zhuǎn)速的工頻電壓。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)速隨之而變化，相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子電流的頻率和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，就會(huì)使定子輸出頻率保持恒定。
[0006]當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)處于亞同步速運(yùn)行，為了保證發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率與電網(wǎng)頻率一致，需要變頻器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供正相序勵(lì)磁，給轉(zhuǎn)子繞組輸入一個(gè)其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子機(jī)械方向相同的勵(lì)磁電流，此時(shí)，轉(zhuǎn)子的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)子的電流必須與轉(zhuǎn)子的感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)反方向，轉(zhuǎn)差率減小，定子向電網(wǎng)饋送電功率，而變頻器向轉(zhuǎn)子繞組輸入功率，輸入的功率是從電網(wǎng)吸收的，浪費(fèi)電網(wǎng)的電能；當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)處于超同步速運(yùn)行，為了保證發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率與電網(wǎng)頻率一致，需要給轉(zhuǎn)子繞組輸入一個(gè)其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子機(jī)械方向相反的勵(lì)磁電流，此時(shí)變頻器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供負(fù)相序勵(lì)磁，以加大轉(zhuǎn)差率，變頻器從轉(zhuǎn)子繞組吸收功率；當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)處于同步速運(yùn)行，變頻器應(yīng)向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁，此時(shí)，轉(zhuǎn)子的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)向相反，與轉(zhuǎn)子感生電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩同方向，定子和轉(zhuǎn)子都向電網(wǎng)饋送電功率。
[0007]雙饋異步發(fā)電機(jī)存在的最大問題是在低風(fēng)速下發(fā)電時(shí)需要變頻器從電網(wǎng)吸收電能給雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，這樣就使發(fā)電效率降低，同時(shí)變頻器會(huì)給電網(wǎng)帶來諧波污染。
[0008]對(duì)于無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其定子有兩套相互獨(dú)立極數(shù)不同的繞組，一套是功率繞組，直接接電網(wǎng)，另一套是控制繞組，通過雙向四象限變頻器接電網(wǎng)，雙向四象限變頻器用來實(shí)現(xiàn)恒頻輸出效果。無刷雙饋發(fā)電機(jī)無需滑環(huán)和電刷，運(yùn)行更可靠，但是仍然要使用雙向變頻器，導(dǎo)致成本依然很高，控制方法依然復(fù)雜，尤其對(duì)于兆瓦級(jí)級(jí)的機(jī)組，成本太高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有雙饋發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下發(fā)電時(shí)效率較低的技術(shù)問題，提供一種發(fā)電效率高的多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組。
[0010]本發(fā)明是在現(xiàn)有無刷雙饋發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上的改進(jìn)。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組，包括無刷雙饋發(fā)電機(jī)、第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)，無刷雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組包括相互獨(dú)立極數(shù)不同的第一套定子繞組和第二套定子繞組，第一套定子繞組設(shè)有三個(gè)首端和三個(gè)尾端，第二套定子繞組設(shè)有三個(gè)首端和三個(gè)尾端；第一套定子繞組的三個(gè)首端與第一開關(guān)裝置連接，第一套定子繞組的三個(gè)尾端與第一套定子繞組星接開關(guān)連接，第一套定子繞組的三個(gè)首端和第一套定子繞組的三個(gè)尾端之間通過第一套定子繞組角接開關(guān)連接；第二套定子繞組的三個(gè)首端與第二開關(guān)裝置連接，第二套定子繞組的三個(gè)尾端與第二套定子繞組星接開關(guān)連接，第二套定子繞組的三個(gè)首端和第二套定子繞組的三個(gè)尾端之間通過第二套定子繞組角接開關(guān)連接。
[0012]優(yōu)選地，開關(guān)裝置為接觸器或電力電子開關(guān)裝置。
[0013]優(yōu)選地，還包括控制器和轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)于無刷雙饋發(fā)電機(jī)上且與控制器連接，第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)分別與控制器連接。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，可完成多級(jí)(至少8種)工作模式，無論是在高風(fēng)速或低風(fēng)速下，都能滿足發(fā)電要求，發(fā)電效率大大提高，風(fēng)能利用率更高。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的特征，將在以下參考附圖的【具體實(shí)施方式】的描述中，得以清楚地記載。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中符號(hào)說明:
[0018]1.無刷雙饋發(fā)電機(jī)；2.齒輪箱；3.葉輪；4.電網(wǎng)；KM1.第一開關(guān)裝置，KM2.第二開關(guān)裝置，KMl △為第一套定子繞組角接開關(guān)，KMIy為第一套定子繞組星接開關(guān)，KM2 △為第二套定子繞組角接開關(guān)，KM2Y為第二套定子繞組星接開關(guān)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的葉輪3與齒輪箱2的輸入端機(jī)械連接，齒輪箱2的輸出軸與無刷雙饋發(fā)電機(jī)I的轉(zhuǎn)子連接。無刷雙饋發(fā)電機(jī)I的定子繞組包括兩套相互獨(dú)立極數(shù)不同的繞組，第一套是U1U2、V1V2、W1W2，極數(shù)是2p ;第二套是R1R2、S1S2、T1T2，極數(shù)是2q。
[0020]第一套定子繞組的U1、V1、W1三個(gè)首端通過第一開關(guān)裝置KMl與電網(wǎng)4連接，第一套定子繞組的U2、V2、W2三個(gè)尾端與第一套定子繞組星接開關(guān)KMIy連接。同時(shí)，Ul、Vl、Wl三個(gè)首端和U2、V2、W2三個(gè)尾端之間通過第一套定子繞組角接開關(guān)KMl Λ連接。
[0021]第二套定子繞組的R1、S1、T1三個(gè)首端通過第二開關(guān)裝置KM2與電網(wǎng)4連接，第二套定子繞組的R2、S2、T2三個(gè)尾端與第二套定子繞組星接開關(guān)KM2Y連接。同時(shí)，Rl、S1、T1三個(gè)首端和R2、S2、T2三個(gè)尾端之間通過第二套定子繞組角接開關(guān)KM2△連接。
[0022]當(dāng)?shù)谝惶锥ㄗ永@組星接開關(guān)KMIy接通時(shí)，第一套定子繞組以Y形連接，當(dāng)?shù)谝惶锥ㄗ永@組角接開關(guān)KMl △接通時(shí)，第一套定子繞組以Λ連接。也就是說，當(dāng)?shù)谝惶锥ㄗ永@組星接開關(guān)KMIy和第一開關(guān)裝置KMl同時(shí)導(dǎo)通，第一套定子繞組角接開關(guān)KMl △斷開時(shí)，第一套定子繞組以Y形連接發(fā)電供給電網(wǎng)4。當(dāng)?shù)谝惶锥ㄗ永@組角接開關(guān)KMl △和第一開關(guān)裝置KMl同時(shí)導(dǎo)通，第一套定子繞組星接開關(guān)KMIy斷開時(shí)，第一套定子繞組以Λ形連接發(fā)電供給電網(wǎng)4。
[0023]當(dāng)?shù)诙锥ㄗ永@組星接開關(guān)ΚΜ2Υ接通時(shí)，第二套定子繞組以Y形連接，當(dāng)?shù)诙锥ㄗ永@組角接開關(guān)ΚΜ2 △接通時(shí)，第二套定子繞組以Λ連接。也就是說，當(dāng)?shù)诙锥ㄗ永@組星接開關(guān)ΚΜ2Υ和第二開關(guān)裝置ΚΜ2同時(shí)導(dǎo)通，第二套定子繞組角接開關(guān)ΚΜ2 Δ斷開時(shí)，第二套定子繞組以Y形連接發(fā)電供給電網(wǎng)4。當(dāng)?shù)诙锥ㄗ永@組角接開關(guān)ΚΜ2△和第二開關(guān)裝置ΚΜ2同時(shí)導(dǎo)通，第二套定子繞組星接開關(guān)ΚΜ2Υ斷開時(shí)，第二套定子繞組以Λ形連接發(fā)電供給電網(wǎng)4。
[0024]下面對(duì)本實(shí)施例的工作過程加以詳細(xì)描述:
[0025]根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)捕捉的風(fēng)力大小，即根據(jù)齒輪箱2的輸出軸的轉(zhuǎn)速大小，來調(diào)整第一套定子繞組的Y- Λ接法和第二套定子繞組的Y- Λ接法，以匹配齒輪箱2輸出軸的轉(zhuǎn)速，使得無刷雙饋發(fā)電機(jī)I以最大效率發(fā)電。如表一所示ml表示第一套定子繞組Y接時(shí)的轉(zhuǎn)速，Snl表示第一套定子繞組Λ接時(shí)的轉(zhuǎn)速，η2表示第二套定子繞組Y接時(shí)的轉(zhuǎn)速， S η2表示第二套定子繞組Λ接時(shí)的轉(zhuǎn)速。一種有8種狀態(tài)，形成8級(jí)穩(wěn)態(tài)控制發(fā)電。
[0026]表一:
[0027]

【權(quán)利要求】
1.一種多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組，其特征在于，包括無刷雙饋發(fā)電機(jī)、第一開關(guān)裝置、第二開關(guān)裝置、第一套定子繞組角接開關(guān)、第一套定子繞組星接開關(guān)、第二套定子繞組角接開關(guān)和第二套定子繞組星接開關(guān)，所述無刷雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組包括相互獨(dú)立極數(shù)不同的第一套定子繞組和第二套定子繞組，所述第一套定子繞組設(shè)有三個(gè)首端和三個(gè)尾端，所述第二套定子繞組設(shè)有三個(gè)首端和三個(gè)尾端；所述第一套定子繞組的三個(gè)首端與所述第一開關(guān)裝置連接，所述第一套定子繞組的三個(gè)尾端與所述第一套定子繞組星接開關(guān)連接，所述第一套定子繞組的三個(gè)首端和所述第一套定子繞組的三個(gè)尾端之間通過所述第一套定子繞組角接開關(guān)連接；所述第二套定子繞組的三個(gè)首端與所述第二開關(guān)裝置連接，所述第二套定子繞組的三個(gè)尾端與所述第二套定子繞組星接開關(guān)連接，所述第二套定子繞組的三個(gè)首端和所述第二套定子繞組的三個(gè)尾端之間通過所述第二套定子繞組角接開關(guān)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述開關(guān)裝置為接觸器或電力電子開關(guān)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多穩(wěn)態(tài)級(jí)聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)組，其特征在于，還包括控制器和轉(zhuǎn)速傳感器，所述轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)于所述無刷雙饋發(fā)電機(jī)上且與所述控制器連接，所述第一開關(guān)裝置、所述第二開關(guān)裝置、所述第一套定子繞組角接開關(guān)、所述第一套定子繞組星接開關(guān)、所述第二套定子繞組角接開關(guān)和所述第二套定子繞組星接開關(guān)分別與所述控制器連接。
【文檔編號(hào)】H02K17/12GK104079130SQ201410347329
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】胡云龍 申請(qǐng)人:威海戥同測(cè)試設(shè)備有限公司