[实用新型]基于笼型感应电机的变速恒频风力发电机组

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风能发电机组，特别涉及一种基于笼型感应电机的变速恒频风力发电并网变流机组。

背景技术

风力发电包含两个能量转换过程：即风力机将风能转换为机械能和发电机将机械能转换为电能。在由机械能转换为电能的过程中，发电机及其控制是整个系统的核心，它不仅直接影响整个系统的性能、效率和供电质量，而且也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。因此，研制和选用适合于风电转换的运行可靠、效率高、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电的关键。

目前，按照风力发电过程中发电机的运行特点可将风力发电系统分为恒速恒频系统和变速恒频系统两大类。恒速恒频系统多采用笼型感应发电机直接并网，结构如图1所示，其优点为系统简单、可靠，鲁棒性强、成本低，缺点为风能利用不充分、并网功率不可控、机械应力大、并网电能质量差等。随着风力发电系统功率等级的增大，恒速恒频系统给电网带来的问题日益明显。

而变速恒频系统则能很好的克服以上缺点，通过调节发电机转子的转速，系统的风能利用率提高，机械应力减小、噪声减小、并网功率可控、动态响应快、对电网稳定性的影响较小、并网电流质量提高，因此，长远来看，变速恒频系统必将取代恒速恒频系统。

目前常用的变速恒频风力发电系统有两类，即采用绕线式感应电机3的双馈型风力发电系统和采用永磁同步电机6的直驱型风力发电系统，分别如图2，图3所示。

双馈型风力发电系统的优点是变流器容量较小，通常可设计为发电机容量的1/2～1/3，成本较低，并且笼型感应电机本身可靠性高，维护量低，和其他类型发电机相比，笼型感应发电机更适合在各种恶劣的自然条件下工作；缺点为风力机和发电机需通过传动比较高的高速齿轮箱相连，存在能量传递效率和可靠性低以及运行维护费用高等一系列问题。直驱型风力发电机组则可以省去齿轮箱1，发电机转子直接与风机同轴相连，系统可靠性提高。并网变流装置采用全功率变流技术，能够确保风能利用范围、网侧电流和功率的控制性能。但系统所采用的永磁同步电机6制造工艺复杂，成本较高，体积庞大，组装运输都存在较大的困难。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于笼型感应电机的变速恒频风力发电机组，能够较好的克服以上各类型机组中存在的主要问题，其结构如图4。

本实用新型所述的基于笼型感应电机的变速恒频风力发电机组，包括笼型感应发电机2，并网变流器，笼型感应发电机的转子侧与风力机相连，笼型感应发电机的定子侧通过并网变流器并网。所述的笼型感应发电机转子侧还可以通过齿轮箱与风力机相连。齿轮箱部分可以根据发电机额定转速的高低，选择是否采用齿轮驱动。

所述的并网变流器包括电机侧变流器8和网侧变流器9，其中电机侧变流器8与笼型感应发电机的定子侧相连，网侧变流器9与电网相连。实现AC-DC-AC结构，将电能馈入电网。

在控制策略方面，AC/DC 4负责控制电机转速，通过控制电机侧电流从而控制电机的电磁转矩，并按照风能最佳利用系数调整电机转速而实现风能的最大功率跟踪；DC/AC 5负责控制中间直流电量，并将发电机发出的电能馈入电网。

和已有的风力发电变流机组相比，本结构的优点在于：第一，笼型感应发电机本身可靠性高，维护量低，和其他类型发电机相比，笼性感应发电机更适合在各种恶劣的自然条件下工作；第二，和恒频恒速机组相比，由于加入了全功率变流器，因此能够方便的实现最大风能捕获，灵活控制并网的电流和功率；第三，和基于永磁同步电机的直驱型风电机组相比，发电机的体积重量都能够显著减小，便于生产、运输和吊装。

附图说明

图1为恒速恒频发点系统结构图

图2为采用绕线式感应电机的双馈型风力发电系统结构图

图3为采用永磁同步电机的直驱型风力发电系统结构图

图4为基于笼型感应电机的变速恒频风力发电机组结构图

图5为基于背靠背电压型逆变器结构的变流机组主电路图

1—变速箱，2—笼型感应发电机，3—DFIG，4—AC/DC，5—DC/AC，

6—PMSG，7—直流环节，8—电机侧变流器，9—网侧变流器

具体实施方案

以基于背靠背电压型逆变器结构的变流机组为例，对本发明的实施方安作具体说明。主电路如图5所示。