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多稳态级联感应发电机组

阅读：510发布：2020-08-23

IPRDB可以提供多稳态级联感应发电机组专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种多稳态级联感应发电机组，其解决了现有双馈发电机在低风速下效率较低的技术问题，其包括无刷双馈发电机、第一开关装置、第二开关装置、第一套定子绕组角接开关、第一套定子绕组星接开关、第二套定子绕组角接开关和第二套定子绕组星接开关，无刷双馈发电机的定子绕组包括相互独立极数不同的第一套定子绕组和第二套定子绕组；第一套定子绕组连接有角接开关和星接开关；第二套定子绕组的连接有角接开关和星接开关。本发明可用于风力发电。，下面是多稳态级联感应发电机组专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多稳态级联感应发电机组，其特征在于，包括无刷双馈发电机、第一开关装置、第二开关装置、第一套定子绕组角接开关、第一套定子绕组星接开关、第二套定子绕组角接开关和第二套定子绕组星接开关，所述无刷双馈发电机的定子绕组包括相互独立极数不同的第一套定子绕组和第二套定子绕组，所述第一套定子绕组设有三个首端和三个尾端，所述第二套定子绕组设有三个首端和三个尾端；所述第一套定子绕组的三个首端与所述第一开关装置连接，所述第一套定子绕组的三个尾端与所述第一套定子绕组星接开关连接，所述第一套定子绕组的三个首端和所述第一套定子绕组的三个尾端之间通过所述第一套定子绕组角接开关连接；所述第二套定子绕组的三个首端与所述第二开关装置连接，所述第二套定子绕组的三个尾端与所述第二套定子绕组星接开关连接，所述第二套定子绕组的三个首端和所述第二套定子绕组的三个尾端之间通过所述第二套定子绕组角接开关连接。

2.根据权利要求1所述的多稳态级联感应发电机组，其特征在于，所述开关装置为接触器或电力电子开关装置。

3.根据权利要求2所述的多稳态级联感应发电机组，其特征在于，还包括控制器和转速传感器，所述转速传感器设于所述无刷双馈发电机上且与所述控制器连接，所述第一开关装置、所述第二开关装置、所述第一套定子绕组角接开关、所述第一套定子绕组星接开关、所述第二套定子绕组角接开关和所述第二套定子绕组星接开关分别与所述控制器连接。

说明书全文

多稳态级联感应发电机组

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发电机，特别是涉及一种多稳态级联感应发电机组。

背景技术

[0002] 在风力发电技术领域，风力发电机组包括两种运行方式，一种是恒速恒频运行方式，另一种是变速恒频运行方式。在恒速恒频的运行方式下，发电机的转速不变，从而保证和电网频率一致的恒定的频率，这种方式存在风能利用率低、效率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控等缺陷。所以变速恒频运行方式应用的越来越广，在变速恒频的运行方式下，发电机组的转速可随风速变化，发电机组通过转子励磁电流相位频率等的调节，使定子侧输出恒频恒压电能，风能转换率高，效率高。

[0003] 目前实现变速恒频运行方式的发电机组主要有双馈异步发电机组和无刷双馈发电机组，尤其是在兆瓦级的风电系统中应用很广。

[0004] 对于双馈异步发电机组，其设置有高增速比的齿轮箱作为传动部件、一台局部功率(非全功率)的变频器。

[0005] 双馈异步发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。当双馈异步发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。

[0006] 当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率，输入的功率是从电网吸收的，浪费电网的电能；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩同方向，定子和转子都向电网馈送电功率。

[0007] 双馈异步发电机存在的最大问题是在低风速下发电时需要变频器从电网吸收电能给双馈发电机的转子，这样就使发电效率降低，同时变频器会给电网带来谐波污染。

[0008] 对于无刷双馈发电机，其定子有两套相互独立极数不同的绕组，一套是功率绕组，直接接电网，另一套是控制绕组，通过双向四象限变频器接电网，双向四象限变频器用来实现恒频输出效果。无刷双馈发电机无需滑环和电刷，运行更可靠，但是仍然要使用双向变频器，导致成本依然很高，控制方法依然复杂，尤其对于兆瓦级级的机组，成本太高。

发明内容

[0009] 本发明就是为了解决现有双馈发电机在低风速下发电时效率较低的技术问题，提供一种发电效率高的多稳态级联感应发电机组。

[0010] 本发明是在现有无刷双馈发电机的基础上的改进。

[0011] 本发明的技术方案是，提供一种多稳态级联感应发电机组，包括无刷双馈发电机、第一开关装置、第二开关装置、第一套定子绕组角接开关、第一套定子绕组星接开关、第二套定子绕组角接开关和第二套定子绕组星接开关，无刷双馈发电机的定子绕组包括相互独立极数不同的第一套定子绕组和第二套定子绕组，第一套定子绕组设有三个首端和三个尾端，第二套定子绕组设有三个首端和三个尾端；第一套定子绕组的三个首端与第一开关装置连接，第一套定子绕组的三个尾端与第一套定子绕组星接开关连接，第一套定子绕组的三个首端和第一套定子绕组的三个尾端之间通过第一套定子绕组角接开关连接；第二套定子绕组的三个首端与第二开关装置连接，第二套定子绕组的三个尾端与第二套定子绕组星接开关连接，第二套定子绕组的三个首端和第二套定子绕组的三个尾端之间通过第二套定子绕组角接开关连接。

[0012] 优选地，开关装置为接触器或电力电子开关装置。

[0013] 优选地，还包括控制器和转速传感器，转速传感器设于无刷双馈发电机上且与控制器连接，第一开关装置、第二开关装置、第一套定子绕组角接开关、第一套定子绕组星接开关、第二套定子绕组角接开关和第二套定子绕组星接开关分别与控制器连接。

[0014] 本发明的有益效果是，可完成多级(至少8种)工作模式，无论是在高风速或低风速下，都能满足发电要求，发电效率大大提高，风能利用率更高。

[0015] 本发明进一步的特征，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

[0016] 图1是本发明的结构示意图。

[0017] 图中符号说明：

[0018] 1.无刷双馈发电机；2.齿轮箱；3.叶轮；4.电网；KM1.第一开关装置，KM2.第二开关装置，KM1△为第一套定子绕组角接开关，KM1Y为第一套定子绕组星接开关，KM2△为第二套定子绕组角接开关，KM2Y为第二套定子绕组星接开关。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，风力发电系统的叶轮3与齿轮箱2的输入端机械连接，齿轮箱2的输出轴与无刷双馈发电机1的转子连接。无刷双馈发电机1的定子绕组包括两套相互独立极数不同的绕组，第一套是U1U2、V1V2、W1W2，极数是2p；第二套是R1R2、S1S2、T1T2，极数是2q。

[0020] 第一套定子绕组的U1、V1、W1三个首端通过第一开关装置KM1与电网4连接，第一套定子绕组的U2、V2、W2三个尾端与第一套定子绕组星接开关KM1Y连接。同时，U1、V1、W1三个首端和U2、V2、W2三个尾端之间通过第一套定子绕组角接开关KM1△连接。

[0021] 第二套定子绕组的R1、S1、T1三个首端通过第二开关装置KM2与电网4连接，第二套定子绕组的R2、S2、T2三个尾端与第二套定子绕组星接开关KM2Y连接。同时，R1、S1、T1三个首端和R2、S2、T2三个尾端之间通过第二套定子绕组角接开关KM2△连接。

[0022] 当第一套定子绕组星接开关KM1Y接通时，第一套定子绕组以Y形连接，当第一套定子绕组角接开关KM1△接通时，第一套定子绕组以△连接。也就是说，当第一套定子绕组星接开关KM1Y和第一开关装置KM1同时导通，第一套定子绕组角接开关KM1△断开时，第一套定子绕组以Y形连接发电供给电网4。当第一套定子绕组角接开关KM1△和第一开关装置KM1同时导通，第一套定子绕组星接开关KM1Y断开时，第一套定子绕组以△形连接发电供给电网4。

[0023] 当第二套定子绕组星接开关KM2Y接通时，第二套定子绕组以Y形连接，当第二套定子绕组角接开关KM2△接通时，第二套定子绕组以△连接。也就是说，当第二套定子绕组星接开关KM2Y和第二开关装置KM2同时导通，第二套定子绕组角接开关KM2△断开时，第二套定子绕组以Y形连接发电供给电网4。当第二套定子绕组角接开关KM2△和第二开关装置KM2同时导通，第二套定子绕组星接开关KM2Y断开时，第二套定子绕组以△形连接发电供给电网4。

[0024] 下面对本实施例的工作过程加以详细描述：

[0025] 根据风力发电系统捕捉的风力大小，即根据齿轮箱2的输出轴的转速大小，来调整第一套定子绕组的Y-△接法和第二套定子绕组的Y-△接法，以匹配齿轮箱2输出轴的转速，使得无刷双馈发电机1以最大效率发电。如表一所示：n1表示第一套定子绕组Y接时的转速，表示第一套定子绕组△接时的转速，n2表示第二套定子绕组Y接时的转速，表示第二套定子绕组△接时的转速。一种有8种状态，形成8级稳态控制发电。

[0026] 表一：

[0027]

[0028] 调整转换过程由第一套定子绕组星接开关KM1Y、第一套定子绕组角接开关KM1△、第二套定子绕组星接开关KM2Y、第二套定子绕组角接开关KM2△、第一开关装置KM1和第二开关装置KM2这几个开关装置配合完成。各个开关具体可以选择接触器、继电器、电力电子开关装置或者其他起开关作用的装置。

[0029] 可以选用PLC控制器或公知的非双向普通变频器等控制器来控制上述各个开关的导通断开动作，使用转速传感器安装在无刷双馈发电机1上将其转速信号发送给PLC控制器或普通变频器，由PLC控制器或普通变频器向各个开关发送控制指令。这种情况下，转速传感器与PLC控制器或普通变频器连接，各个开关分别与PLC控制器或普通变频器。

[0030] 以上所述仅对发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

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