[发明专利]定子双绕组异步风力发电系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的是一种能在宽风速范围内发电的定子双绕组异步风力发电系统拓 扑结构及控制方法。

背景技术

近年来，不可再生资源储量不断减少、电力资源紧张及常规能源对环境污染严重等 原因极大地促进了绿色可再生能源的发展。风能作为一种可再生的清洁能源，以其蕴量 巨大、分布广泛和没有污染等优势受到了世界各国越来越多的重视，风能的开发和利用 得到了长足进步和发展，成为发展最快的绿色能源。

异步电机(尤其是笼型转子)因其结构简单坚固、可靠性高、成本低、功率密度大 独特优点越来越成为风力发电系统和独立电源系统的重要选择。传统的自激式异步电机 输出端并联电容以提供无功励磁功率，由于转速和负载的变化，其励磁电容需要相应的 频繁切换，增加了系统的成本且电能输出品质不高，不适合应用于风力发电等变速变负 载的场合。随着电力电子技术的发展，由电力电子变换器控制的异步电机发电系统，能 连续调节励磁无功，发电系统的品质大幅提升。不过该类发电系统也存在一些不足：串 联励磁式的三相异步电机发电系统变换器容量较大，变换器的开关谐波易注入负载；并 联励磁式的发电系统，需要较大体积的隔离电感，且系统的性能受负载大小和性质的影 响很大。这些问题在一定程度上限制了三相异步电机发电系统在上述领域中的发展。

本世纪初提出的定子双绕组异步电机，对传统笼型异步发电系统的不足进行了改进， 以其独特的结构形式得到了学者的广泛关注，并针对发电机的优化设计、电压控制策略、 系统的稳定性和变速运行的规律等内容开展了深入的研究。从目前的研究来看，由这种 电机构成的发电系统具有较好的运行性能。由于它的输出为稳定的直流，可采用直流集 电的方式输送，这为日益发展的海上风力发电技术开辟了一条新颖的途径。

2005年南京航空航天大学针对该发电机在宽变速范围内运行时的系统设计和发电机 控制问题进行了研究，并提出相应的发明专利[200510041200.2]，如图1所示。该发电系 统主要在额定转速之上的恒功率区实现变速运行，通过调节发电机内部磁场实现发电机 的输出电压稳定，但对于低于额定速的恒转矩运行的区域，需要采用强励才能输出额定 电压，由于电机励磁饱和，不能实现较低于额定转速下恒压运行，这在一定程度上限制 了定子双绕组异步电机在低风速区域捕获风能的能力。

发明内容

本发明目的是克服图1所示的定子双绕组异步发电机系统在低风速下不能输出较高 电压的不足，对定子双绕组异步发电机系统的结构进行改进，提出了一种能适应宽风速 范围内发电的定子双绕组异步风力发电系统及控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：