[实用新型]一种基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于双转子发电机的新型变速恒频风力发电系统。

背景技术

众所周知，随着资源的短缺和温室效应的日趋严重，世界各国逐步加大了开发和利用可再生、无污染的能源的力度。风力发电是其中最接近实用的一种。由于风力是一种不稳定的动力源，风速经常变化；而风力发电机与电网并网时，要求风电的频率保持恒定。为了解决风速与风电频率之间的矛盾，人们提出了多种解决方案，其中效果最好的是变速恒频发电方法。

目前通用变速恒频发电方法主要有以下两种：基于绕线异步机(双馈电机)的双馈发电系统和基于低速永磁同步发电机的直驱式发电系统。

双馈发电机是在转子中施加低频交流电流实现励磁的一种特种异步发电机，通过调节励磁电流的幅值、频率、相序，确保发电机输出电功率恒频恒压。双馈发电系统的最大特点是变频器的容量取决于发电机变速运行时的最大滑差功率，一般电机的最大滑差率为±(25～35)％，因此变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4～1/3。但由于受到极数的限制，风力机与发电机之间采用了升速齿轮箱，不仅增加了系统成本，而且成为了目前风力发电系统中的薄弱环节。

直驱式发电系统，风力机直接驱动永磁同步电动机输出频率和电压随转速变化的交流电，经交-直-交变频器，转换成恒压、恒频(50Hz)的电功率接入电网。该系统中，发电机发出的全部电功率都要通过变频器，变频器容量需按100％功率选取，比双馈系统容量大，投资大，谐波吸收困难。但由于采用了低速永磁同步发电机，因此在风力机与发电机之间不需要安装升速齿轮箱，电机轻，效率高，工作可靠，故障率低。

研制开发一种效率高，成本低，运行可靠且供电性能良好的变速恒频风力发电系统是风力发电领域一直追求而又未完全实现的理想。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，该系统能综合扬弃直驱式风力发电系统与双馈式风力发电系统的优缺点，不仅具备在较大速比范围内高效地实现变速恒频发电功能，而且既取消升速齿轮箱，提高系统可靠性，又可采用较小容量的变频器，降低系统成本。

为实现上述目的，本实用新型在现有基于低速永磁发电机的直驱式方案与基于双馈电机的双馈式方案的基础上，形成可实现功率分流的双转子发电机与调速电机的组合体，构成一种具备功率分汇流功能的变速恒频风力发电系统。具体方案如下：

一种基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，该系统包括风力机、双转子发电机、调速电机，变频器四个部分；其中双转子电机包含滑环、外转子、内转子；发电机包括定子、转子；风力机通过轴一与双转子发电机中的外转子联接；外转子上设置三相绕组，并通过滑环与电网连接；双转子电机内转子通过轴二与调速电机转子联接，调速电机定子内设置三相绕组与变频器相连。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，风力机输入的功率被分为两路，一路经双转子发电机被直接送往电网，一路通过变频器经变频变压后送往电网。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，风力机通过轴一与双转子发电机中内转子联接；内转子上设置三相绕组，并通过滑环与电网连接；双转子电机外转子通过轴二与调速电机转子联接，调速电机定子内设置三相绕组与变频器相连。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其双转子发电机的外转子与调速电机的转子复合成一个转子，原有结构转化为两个转子、一个定子构成的嵌套结构。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其双转子发电机与调速电机为绕线式异步电机、鼠笼式异步电机、单相交流电机、多相交流电机、同步电机、直流电机、开关磁阻电机或永磁电机。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其变频器可能根据双转子电机类型的不同变换为其他类型功率变换器，包括交-交变换器，交-直-交变换器，直-交变换器等。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其电网与双转子发电机的电气连接方式为接触式电刷-滑环方式或非接触的旋转变压器形式。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其变频器上电源接口接入一个直流电源，所述直流电源为电池组或超级电容或飞轮电池。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其风力机与转子相联接的轴一，以及双转子电机与发电机转子相联接的轴二为其它传动类型，包括齿轮传动、无级机械传动、液压传动、液力传动或电气传动。

上述基于双转子发电机的变速恒频风力发电系统，其风力机为原动机，所述原动机也可为汽轮机、水轮机或内燃机。