[实用新型]基于超导磁储能的变速恒频双馈风力发电机励磁变频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种变速恒频双馈风力发电机励磁变频器。

背景技术

变速恒频双馈风力发电机的运行主要是通过励磁变频器对发电机转子实施功率控制来实现的，因而励磁变频器的选择对风力发电机的变速恒频运行性能很重要，从励磁变频器的成本、主电路、电压传输比、动态响应速度等方面考虑，双PWM变换器是目前通用的一种励磁变频器结构，其控制简单、成熟、可靠，成本低，控制性能好，因而得到了广泛的应用。但是，基于这种励磁变频器的风力发电机在变速恒频运行过程中，必须通过发电机转子与并网电力系统进行相应的滑差功率交换，而在并网运行过程中，这个功率交换会影响并网电力系统的动态功率平衡，不利于风力并网发电系统的稳定运行。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述双PWM变换器处理风力发电机滑差功率方面的不足，提出一种基于超导磁储能的变速恒频双馈风力发电机励磁变频器。该励磁变频器利用超导磁体的高效储能特性，把超导磁体作为变频器的中间直流储能环节，在控制超导磁体与双馈风力发电机转子之间的滑差功率交换、实现风力发电机变速恒频运行的同时，还为并网电力系统提供有功功率和无功功率补偿，提高并网电力系统运行的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于超导磁储能的变速恒频双馈风力发电机励磁变频器，包括转子侧变流器、网侧变流器和电容，转子侧变流器和网侧变流器分别接在电容的二端，其特征在于：还包括超导磁体、斩波器，斩波器接在上述电容的二端，电容给斩波器提供支撑电压，斩波器通过转子侧变流器调节风力发电机转子励磁，斩波器通过网侧变流器与并网电力系统进行有功功率和无功功率交换；斩波器的结构为，晶体管G7的发射极与二极管D7的负端相接，晶体管G7的集电极与二极管D8的负端相接，晶体管G8的发射极与二极管D7的正端相接，晶体管G8的集电极与二极管D8的正端相接，超导磁体接在晶体管G7的发射极与晶体管G8的集电极之间。

本实用新型相对于现有技术的优点在于：

(1)转子侧变流器具有功率双向流动的能力，可控制超导磁体与双馈风力发电机转子之间的滑差功率交换，使双馈风力发电机在选定的同步速上、下运行，有效利用风能；

(2)转子侧变流器具有优良的输出特性：输出电压、电流正弦化，谐波含量少且高频化。由于双馈风力发电机的定子和转子通过气息紧密耦合，转子侧的谐波电流源激励会在定子侧感应出相应的谐波电势响应，所以双馈风力发电机定子侧具有良好的输出特性；

(3)由于超导磁体的高效储能特性和网侧变流器的快速响应特性，由超导磁体、斩波器、电容和网侧变流器构成的超导磁储能系统(SMES)可以主动参与电力系统运行与控制，提供有功功率和无功功率补偿，改善电能质量，提高与风力发电机相连的电力系统的稳定性；

(4)因在本实用新型中增加了超导磁体和斩波器，使得转子侧变流器和网侧变流器可以相互独立的运行，从而实现了并网电力系统和发电机转子侧的电气隔离。电网故障情况下风电机组可以与超导磁体进行独立运行，隔离电网故障对发电机的影响，而且可以在故障切除后迅速并网运行，有很好的灵活运行特性。

附图说明

图1为本实用新型基于超导磁储能的变速恒频双馈风力发电机励磁变频器的电路拓扑结构。

图2(a)～2(b)为风速与风力发电机转速的变化波形图。

图2(a)为风速的变化波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为风速v(m/s)。

图2(b)为发电机转速的变化波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为发电机转速w_s(rad/s)。

图3(a)～3(f)为风力发电机变速恒频运行过程中，风力发电机定转子侧的波形图。

图3(a)为发电机定子三相电流的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为发电机定子三相电流i_s(A)。

图3(b)为发电机定子输出有功功率的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为发电机定子输出有功功率P_s(kW)。

图3(c)为发电机定子输出无功功率的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为发电机定子输出无功功率Q_s(kVar)。

图3(d)为发电机转子三相电流的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为发电机转子三相电流i_r(A)。

图3(e)为发电机转子三相电压的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为发电机转子三相电压u_r(V)。