[发明专利]微风增能型风力发电机/整流器系统

说明书

技术领域

本发明属于电学技术中的发电机和整流器技术领域，具体地说，是提出一种能增加微风发电效果的风力发电中的发电机/整流器电力系统装置。

背景技术

在风力发电机组特别是大型风电技术领域，现有广泛使用中的发电系统是二大发电机型式——同步发电机和异步发电机。但不管哪种同步发电机，其微风发电能力都次于异步发电机。其原因是，同步风力发电机在低风速下的发电电压可能低于电子变频器的最低工作电压，以致变频器无法输出符合电网要求的纯正弦波形电压，而如果将同步发电机在低速时的电压设计得高些，又会使高风速时的发电机电压过高而影响变频器的功率输出，所以大型同步发电机的微风发电能力低于小型机和大型异步发电机。同步发电机为了从风中得到更多的能量，希望整流器能在尽可能宽的风速范围内，得到更长的风力发电时间和更多的微风能量，虽然微风中的能量很低，但是微风持续的时间在许多风场中往往比较长，能得到大量微风能量，可有效降低风力发电的度电成本。

现今使用在风电领域中的同步发电机，按磁场的不同可分为励磁发电机和永磁发电机；按转速的不同可分为高速有齿轮箱发电机和低速无齿轮箱直驱发电机，而直驱风力发电机是当前大型风机技术发展的重要方向，但这些不同类型的同步发电机，都存在微风发电效果差的共同缺陷，因此必须以最小的经济成本来提高微风时的系统的电压幅值，解决这个技术问题的技术经济价值非常高。

发明内容

本发明的目的是通过采用一定结构的发电机，结合能把整流电压升高一定倍率的特殊线路整流器，在保持高风速时电压不变的前提下，提高低风速时的直流电压，以便使系统降低已有切入风速，在原来的切入风速之前开始发电，从微风中获得更多能量。

本发明的系统是这样实现的，一个由电子整流器(1)、滤波电容(2)和同步发电机(4)组成的微风增能型发电机/整流器系统，电子整流器(1)的每条并联支路均由同向串联的二个整流管组成，电子整流器(1)的并联支路数等于同步发电机的输出相线数；每根发电机的输出相线连接在电子整流器(1)每条支路二个整流管的中点；电子整流器(1)的二个输出端的一端为负极，另一端为正极，正负二端并联连接到滤波电容(2)二端后再连接到风机电子变频器直流电压输入端，其特征为，同步发电机(4)为带零线的多相同步发电机；整流器中还有一个控制开关(3)；滤波电容(2)由电容器C1和C2相串联；C1和C2的中点通过控制开关(3)接到风力发电机(4)的零线。

本发明的电子整流器通过控制开关(3)，在滤波电容(2)的中点接通同步发电机(4)的零线，实际上将常规桥式整流器改变为双电压串联叠加的半波整流器，这一简单的变换既能提高微风发电的直流输出电压，增加微风发电时间，能从微风中获得更多能量，又能在高风速时脱离连接回复桥式整流器，防止高风速时过高的电压超越变频器的最高工作电压，不致影响到变频器的工作，保证风电系统安全、高效工作。

附图说明

图1为本发明的发电/整流系统的原理线路图。

图2为本发明的三相不可控发电/整流系统的原理线路图。

图3为本发明所配置的三相发电机电压矢量图。

图4为同步风力发电机经不可控整流后的直流电压与风速(发电机转速)的关系曲线图。

图5为本发明发电/整流系统与现有传统整流器对风电系统切入风速的影响比较图。

图6为本发明发电/整流系统在励磁型同步发电机中降低切入风速的原理图。

图7为本发明采用半控型电力电子开关的发电/整流系统线路图。

图8为本发明采用全控型电力电子开关的发电/整流系统线路图。

图9为本发明省略控制开关的发电/整流系统线路图。

具体实施方式

图1为本发明的发电/整流系统的原理线路图。从图中可以看出，多相整流桥(1)由n个正输出整流二极管D1～Dn和n个负输出整流二极管Dn+1～D2n同向串联的n条支路组成，正输出整流管的负端相并联，成为直流电源正极，负输出整流管的正端相并联，成为直流电源负极；而每支路中一个正输出整流二极管和一个负输出整流二极管相串联后，其串联中点与n相同步发电机相线端的n根交流输出端相连接。发电机为一n相星形绕组并带零线的n相同步发电机、共有n+1根输出线的永磁或励磁交流同步发电机。