[实用新型]全功率鼠笼机组风力发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力领域，具体而言，涉及一种全功率鼠笼机组风力发电装置。 

背景技术

变速恒频发电技术已成为当前风力发电的主流技术，变速恒频风力发电系统具有以下共同的优点： 

(1)可最大限度地捕捉风能； 

(2)较宽的转速运行范围，以适应由于风速变化引起的风力机转速的变化； 

(3)采用一定的控制策略可灵活调节系统的有功功率和无功功率； 

(4)采用先进的PWM控制，可以抑制谐波，减小开关损耗，提高效率，降低成本。 

变速恒频发电机组可以有多种形式，主要有以下四种方案： 

(1)交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统； 

(2)无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统； 

(3)笼型异步发电机变速恒频风力发电系统； 

(4)永磁同步发电机变速恒频风力发电系统。 

无刷双馈发电机与交流励磁双馈发电机相比，没有滑环和电刷，既降低了电机成本，又提高了系统运行的可靠性，并且只要采用部分功率的变频器即可，因此具有很好的发展前途。但是由于结构复杂，理论研究有待进一步 深入，所以此方案目前还较少为风力发电设备生产商所采用。交流励磁双馈发电机也只需采用部分功率的变频器，具有成本优势，其制造和控制技术都趋于成熟，是目前主流的机型，交流励磁双馈发电机具有滑环和电刷结构，在长期满负荷工作状态下，可能出现因滑环和电刷损坏而引起的发电机故障，一旦出现故障，因发电机安装在高空，维护起来将会不便。 

另外一种实用化的方案就是永磁同步发电机利用永磁体取代转子励磁磁场，其结构比较简单、牢固。该系统不需要增速传动机构，转速低，机械损耗小，便于维护；也不需要外部励磁，在低风速下可以高效率发电；还易于实现电网故障下发电机系统的不间断运行，但是直驱型风电系统多采用低速多极永磁电机，体积庞大，安装不易，且发电机的成本受永磁体成本的限制，一般只应用在小型风力发电系统中，不宜在规模化的风场中应用。鼠笼电机在早期的风电设计中用到过，但受制于当时变频器技术，早期技术都是小功率的发电装置。 

然而，由于现有技术中电力系统的低电压穿越(Low Voltage RideThrough，LVRT)能力较差，当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性。 

实用新型内容

本实用新型用于提供一种全功率鼠笼机组风力发电装置，以提高电力系统的低电压穿越能力，增强系统运行的稳定性。 

本实用新型提供了一种全功率鼠笼机组风力发电装置，包括：叶片、齿轮箱、鼠笼异步发电机、全功率变频器、并网变压器，其中，叶片通过轴与齿轮箱相连接；齿轮箱通过联轴器与鼠笼异步发电机相连接；全功率变频器将鼠笼异步发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交流电；并网变压器将全功率变频器输出的交流电升压后接入电网。 

进一步地，上述全功率鼠笼机组风力发电装置中还包括：控制系统，其 包括：主控制单元以及分别与其相连接的偏航和桨距角控制单元、变频器控制单元和并网控制单元，其中，主控制单元采集风向、风速、叶片的转速和电网电压，并对其进行处理生成控制命令；偏航和桨距角控制单元与叶片相连接，并根据主控制单元的控制命令调整叶片的迎风角和节距角；变频器控制单元分别与全功率变频器和鼠笼异步发电机相连接，根据主控制单元的控制命令控制全功率变频器将鼠笼异步发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交流电，并控制鼠笼异步发电机的输出功率；并网控制单元与并网变压器相连接。 

进一步地，上述偏航和桨距角控制单元还包括：解绕部分，根据主控制单元的控制命令对多次缠绕的电缆进行解绕。 

进一步地，上述全功率鼠笼机组风力发电装置中还包括：保护系统，其包括相连接的参数采集单元和继电保护单元，其中，参数采集单元分别采集鼠笼异步发电机的输出电压和电流、全功率变频器中直流母线的电压、全功率变频器网侧的电压和电流以及电网的电压、频率和相位；继电保护单元，将参数采集单元采集到的各项参数与设定的极限值进行比较，当各项参数中的任一项超过其对应的极限值时，停止风力机的运行。 

本实施例采用全功率技术，可以较好地满足低电压穿越的要求，减少对电网的冲击，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行，克服了现有技术中存在的问题。 

附图说明