[发明专利]一种同步发电机和全功率变流器试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气试验系统，尤其是涉及一种适用于风力发电机出厂测试的定子多绕组同步发电机和全功率变流器试验系统。

背景技术

在风力发电机组中，同步发电机需经全功率变流器将电能送往电网。目前，同步发电机的定子输出形式主要有两种：单套绕组输出和多套绕组输出，每套绕组三相（或多相）输出。随着风力发电整机容量的不断增大，同步发电机容量要求也不断增大，同步发电机定子将更倾向于采用多绕组形式。

在目前的风电变流器开发和出厂试验过程中，需要建立地面试验台，对变流器的功能进行全面的测试，要完成满负荷功能试验。 风电变流器的试验应在与实际工作等效的电气条件下进行。在现有技术中，驱动定子双绕组或多绕组同步发电机的全功率变流器通常使用的试验系统方案如附图1所示。该试验系统为一个能量回馈系统，试验系统可由原动机拖动机组（由原动机侧隔离适配变压器，原动机驱动变流器和原动机组成，模拟风机特性）、同步发电机、全功率变流器、发电机侧隔离适配变压器、外部电网和上位机控制台及相关配电设备组成。试验时，控制台协调原动机驱动变流器和全功率变流器的动作，由原动机驱动变流器启动原动机运行，原动机拖动同步发电机运转，同步发电机的电能经被试全功率变流器和隔离适配变压器回馈到电网。

现有全功率变流器试验系统方案的缺点是：需要两台电机（一台是同步发电机，一台是原动机），一台驱动原动机的变流器，原动机和发电机间需要联轴器。因此组建一个这样的地面试验台，需要的设备多，占地空间大，系统运行可靠性低，设备投资成本大，因为多了一个原动机的机械损耗和原动机变流器的损耗，系统虽是能量回馈系统，但能耗还是不小。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步发电机和全功率变流器试验系统，在不影响功能试验和满载考核需求的情况下，减少设备投资成本和降低系统试验耗能，同时减少场地占用需求和提高系统可靠性。 

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种同步发电机和全功率变流器试验系统的技术实现方案，一种同步发电机和全功率变流器试验系统，包括：同步发电机、全功率变流器和并网变压器，全功率变流器的一端通过并网变压器与电网相连，全功率变流器的另一端与同步发电机相连，全功率变流器包括两个或两个以上的子变流器，同步发电机包括两套或两套以上的定子绕组，全功率变流器的一个或一个以上的子变流器分别控制同步发电机相对应的一套定子绕组工作于电动机模式，维持同步发电机的转速，实现电能向机械能的转换；全功率变流器的其他子变流器分别控制同步发电机相对应的一套定子绕组工作于发电机模式，实现机械能向电能的转换。

作为本发明一种同步发电机和全功率变流器试验系统技术方案的进一步改进，同步发电机的两套或两套以上的定子绕组参数相同，各个定子绕组之间相互独立，无电气连接。

作为本发明一种同步发电机和全功率变流器试验系统技术方案的进一步改进，全功率变流器包括两个子变流器，同步发电机包括两套定子绕组，全功率变流器的一个子变流器控制同步发电机的一套定子绕组工作于电动机模式，维持同步发电机的转速，实现电能向机械能的转换；全功率变流器的另一个子变流器控制同步发电机的另一套定子绕组工作于发电机模式，实现机械能向电能的转换。

作为本发明一种同步发电机和全功率变流器试验系统技术方案的进一步改进，当同步发电机的定子绕组工作在电动机模式时，所述同步发电机的其中一套定子绕组在与其相连的子变流器输入的驱动电流和同步发电机转子永磁铁的磁场作用下，产生电磁转矩驱动同步发电机转子转动，实现电能向机械能的转换；当同步发电机的定子绕组工作在发电机模式时，同步发电机的转子在转动过程中，转子磁场随转子转动，磁力线切割定子另一套定子绕组产生感应电势和电流，并经过与其相连的子变流器，将同步发电机转子的机械能又转化为电能送回电网。

作为本发明一种同步发电机和全功率变流器试验系统技术方案的进一步改进，全功率变流器中的一个子变流器控制同步发电机按恒转速控制模式运行，使同步发电机转速控制为给定值；全功率变流器中的另一个子变流器根据给定的指令按恒转矩或恒功率控制模式运行，将同步发电机发出的电能回馈到电网。

作为本发明一种同步发电机和全功率变流器试验系统技术方案的进一步改进，全功率变流器的各子变流器输出连接并网变压器二次侧的同一绕组端子，并网变压器的二次侧为一个绕组；并网变压器也可以采用多绕组变压器，全功率变流器的各子变流器输出分别连接并网变压器二次侧的一套绕组端子。