一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統的製作方法
2023-07-12 22:56:41
專利名稱：一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風能發電，尤其涉及一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統的結構。
背景技術：
風力發電系統中的控制技術和伺服傳動技術是其中的關鍵技術，這是因為自然風速的大小和方向是隨機變化的，風力發電機組的併網和退出電網、輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運行過程中故障的檢測和保護必須能夠自動控制。同時，風力資源豐富的地區通常都是邊遠地區或是海上，分散布置的風力發電機組通常要求能夠無人值班運行和遠程監控，這就對風力發電機組的控制系統的自動化程度和可靠性提出了很高的要求。由於變距風力發電機組在額定風速以下運行時的效果仍不理想，到了 20世紀90 年代中期，基於變距技術的各種變速風力發電機組開始進入風電場。變速風力發電機組的控制系統與定速風力發電機組的控制系統的根本區別在於，變速風力發電機組是把風速信號作為控制系統的輸入變量來進行轉速和功率控制的。變速風力發電機組的主要特點是 低於額定風速時，它能跟蹤最佳功率曲線，使風力發電機組具有最高的風能轉換效率；高於額定風速時，它增加了傳動系統的柔性，使功率輸出更加穩定。特別是解決了高次諧波與功率因數等問題後，使供電效率、質量有所提高。隨著計算機技術與先進的控制技術應用到風電領域，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恆頻控制方向發展。在風力發電中，當風力發電機與電網並聯運行時，要求風電的頻率與電網頻率保持一致，即頻率保持恆定。恆速恆頻指在風力發電過程中，保持發電機轉速不變，從而得到恆頻的電能；變速恆頻指在風力發電過程中發電機的轉速可隨風速變化，而通過其他控制方式來得到恆頻電能。目前的控制方法是當風速變化時通過調節發電機電磁力矩或風力機漿距角使葉尖速比保持最佳值，實現風能的最大捕獲。控制方法基於線性化模型實現最佳葉尖速比的跟蹤，利用風速測量值進行反饋控制，或電功率反饋控制。但在隨機擾動大、不確定因素多、非線性嚴重的風電系統，傳統的控制方法會產生較大誤差。因此近些年國內外都開展了這方面的研究。一些新的控制理論開始應用於風電機組控制系統。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有保證風力發電機組最大限度的捕捉風能，較寬的轉速運行範圍，以適應由於風速變化引起的風力機轉速的變化，提供良好的電力質量的優點的一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統。為實現上述目的，一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統，其特徵在於 所述控制系統發電機、發電機側變流器、直流環節、網側變流器、變壓器。進一步的，所述的變速恆頻控制方案是在轉子電路實現的，流過轉子電路的功率是由交流勵磁發電機的轉速運行範圍所決定的轉差功率，該轉差功率僅為定子額定功率的一小部分。進一步的，所述雙向變頻器的容量僅為發電機容量的一小部分。本發明具有積極的效果採用本發明的最大優點是最大限度的捕捉風能。較寬的轉速運行範圍，以適應由於風速變化引起的風力機轉速的變化。這就是保證風力發電機組安全可靠運行，獲取最大能量，提供良好的電力質量。
圖1是本發明所述的一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合圖1對本發明作進一步說明。但本發明的內容不僅僅局限如此。請參閱圖1，符合本發明的一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統，所述控制系統包括發電機、發電機側變流器、直流環節、網側變流器、變壓器。所述變速恆頻控制方案是在轉子電路實現的，流過轉子電路的功率是由交流勵磁發電機的轉速運行範圍所決定的轉差功率，該轉差功率僅為定子額定功率的一小部分。所述雙向變頻器的容量僅為發電機容量的一小部分。所述控制系統具體控制內容有當風速變化引起發電機轉速η變化時，控制轉子電流的頻率f，可使定子頻率Λ恆定，即應滿足A=Pfn^f2式中——定子電流頻率，與電網頻率相同fm——轉子機械頻率，fm = η/60ρ—電機的極對數f2——轉子電流頻率當發電機的轉速η小於定子旋轉磁場的轉速nl時，即η ， nl時，處於超同步狀態，此時發電機同時由定子和轉子發出電能給電網，變頻器的能量流向逆向，式取負號；當η = nl時，處於同步狀態，此時發電機作為同步電機運行，f2 = 0，變頻器向轉子提供直流勵磁。由式可知，當發電機的轉速η變化時，即P/j.變化時，若控制/j 相應變化，可使f保持恆定不變，即與電網頻率保持一致，也就實現了變速恆頻控制。採用本發明的最大優點是許多控制功能模塊可以直接布置在控制對象的位置。採用一定的控制策略(如矢量PWM)可靈活調節系統的有功和無功功率，對電網而言這種系統可起到功率因數補償的作用。採用先進的PWM控制技術，可抑制諧波，減小開關損耗，提高效率，降低成本。這就是保證風力發電機組安全可靠運行，獲取最大能量，提供良好的電力質量。
權利要求
1.一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統，其特徵在於所述控制系統發電機、發電機側變流器、直流環節、網側變流器、變壓器。
2.如權利要求1所述的交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統，其特徵在於變速恆頻控制方案是在轉子電路實現的，流過轉子電路的功率是由交流勵磁發電機的轉速運行範圍所決定的轉差功率，該轉差功率僅為定子額定功率的一小部分。
3.如權利要求1所述的交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統，其特徵在於雙向變頻器的容量僅為發電機容量的一小部分。
全文摘要
本發明涉及一種交流勵磁雙饋發電機變速恆頻風力發電系統，其特徵在於所述控制系統發電機、發電機側變流器、直流環節、網側變流器、變壓器。本發明具有最大限度的捕捉風能，較寬的轉速運行範圍，以適應由於風速變化引起的風力機轉速的變化，提供良好的電力質量的優點。
文檔編號H02J3/38GK102437590SQ20111043523
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者王立群, 雷威 申請人:西安瑞金源能源科技有限責任公司