[发明专利]复合转子结构变速恒频风力发电机系统及其控制方法

权利要求书

1.一种复合转子结构变速恒频风力发电机系统，它包括风力机(1)，其特征在于：它还包括齿轮传动机构、主发电机(3)、辅助发电机(4)和变频器(5)，

风力机(1)通过齿轮传动机构分别与主发电机(3)和辅助发电机(4)的输入轴连接，辅助发电机(4)的电信号输出端连接变频器(5)的电信号输入端，变频器(5)的电信号输出端作为电网的输入端；

主发电机(3)的电信号输出端作为电网的输入端，

主发电机(3)和辅助发电机(4)同轴设置，主发电机的定子(3-2)和辅助发电机的定子(4-2)均固定在壳体上，

所述齿轮传动机构的传速比范围为2.8-13。

2.根据权利要求1所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：所述齿轮传动机构由太阳轮(2-1)、行星架(2-2)、多个行星齿轮(2-3)和内齿圈(2-4)组成，

多个行星齿轮(2-3)位于内齿圈(2-4)内，并且行星齿轮(2-3)沿太阳轮(2-1)的外圆周方向分布，

风力机(1)的输出轴连接行星架(2-2)的输入轴，行星架(2-2)用于支撑所有的行星齿轮(2-3)，行星齿轮(2-3)同时与太阳轮(2-1)和内齿圈(2-4)相啮合，太阳轮(2-1)、行星架(2-2)和内齿圈(2-4)的中轴线相重合，

太阳轮(2-1)的旋转轴连接主发电机的转子(3-1)的转轴，主发电机的转子(3-1)与主发电机的定子(3-2)之间为气隙；

内齿圈(2-4)与辅助发电机的转子(4-1)的内圆表面固定连接，辅助发电机的转子(4-1)与辅助发电机的定子(4-2)之间为气隙。

3.根据权利要求1所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：所述齿轮传动机构由太阳轮(2-1)、行星架(2-2)、多个行星齿轮(2-3)和内齿圈(2-4)组成，

多个行星齿轮(2-3)位于内齿圈(2-4)内，并且行星齿轮(2-3)沿太阳轮(2-1)的外圆周方向分布，

风力机(1)的输出轴驱动内齿圈(2-4)同步旋转，行星齿轮(2-3)同时与太阳轮(2-1)和内齿圈(2-4)相啮合，行星架(2-2)用于支撑所有的行星齿轮(2-3)，

行星架(2-2)位于辅助发电机的转子(4-1)内，并与辅助发电机的转子(4-1)同轴固定连接，辅助发电机的转子(4-1)与辅助发电机的定子(4-2)之间为气隙；

太阳轮(2-1)的旋转轴连接主发电机的转子(3-1)的转轴，主发电机的转子(3-1)与主发电机的定子(3-2)之间为气隙；

太阳轮(2-1)、内齿圈(2-4)及行星架(2-2)的中轴线相重合。

4.根据权利要求1、2或3所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：

所述齿轮传动机构的传速比范围为3-9。

5.根据权利要求1、2或3所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：所述主发电机(3)为多极永磁同步发电机，该永磁同步发电机的极对数为2对。

6.根据权利要4所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：所述主发电机(3)为多极永磁同步发电机，该永磁同步发电机的极对数为2对。

7.根据权利要求1、2、3或6所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：所述辅助发电机(4)为笼形转子感应电机。

8.根据权利要求2、3或6所述的复合转子结构变速恒频风力发电机系统，其特征在于：所述行星齿轮(2-3)为三个。

9.基于权利要求1所述复合转子结构变速恒频风力发电机系统的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

首先，检测风力机(1)所处环境的风速，当所述风速达到切入风速时风力机(1)开始旋转，并带动齿轮传动机构开始工作；

然后，使辅助发电机(4)处于转速控制状态下；当风力发电机系统工作在低于额定风速和额定风速状态时，控制辅助发电机(4)使内齿圈(2-4)与行星架(2-2)的旋转方向相反；当风力发电机系统工作在高于额定风速状态时，控制辅助发电机(4)使内齿圈(2-4)与行星架(2-2)的旋转方向相同；

当主发电机(3)的转速达到额定转速时，将该主发电机(3)的输出端合闸并网；然后，使辅助发电机(4)由转速控制变为转矩控制，使辅助发电机(4)的输出转矩与给定的电磁转矩相等，进行发电机系统的功率调节：

当瞬时风速低于额定风速时，风力机(1)的输入转速低于额定转速，此时使辅助发电机(4)工作于电动状态，主发电机(3)工作于发电状态；

当瞬时风速高于额定风速时，风力机(1)的输入转速高于额定转速，此时使辅助发电机(4)和主发电机(3)均工作于发电状态。