[发明专利]一种直驱式并网风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种直驱式并网风力发电机组，属于风力发电技术应用领域。 

背景技术

近几年，随着以英国为代表的欧洲国家大批海上风电项目的实施，海上风电已经成为亮点引起投资热潮和各国关注。随着海上风电在全球范围内得到进一步的关注，越来越多的供应商投身于大型风电机组的研发竞争之中。据估计2011-2015年期间，中国的风电年平均增量在15～20GW之间，其中海上风电平均每年新增1GW左右。预计到2015年末，我国海上风电累计装机有望达到500万千瓦，到2020年，我国海上风电累计装机有望达到3000万千瓦。面对海上市场需求的迅猛增长，各国开始了越来越多的海上风电研发。为了降低海上安装和维护成本，从而降低海上风电的发电成本，单机容量最大化是海上风电发展的一个重要的趋势。为了适应海上风电发展的趋势，大型海上风电机组已经产业化，超大型海上风电机组作为下一代海上机型的准备也正在设计研究中。 

目前，单机容量大型化、可靠性高和维护量小已经成为海上风电机组技术发展方向。海上风电机组结构复杂，安装、调试、维护和检修技术难度大，建设成本高，为降低海上风电开发成本，海上风电机组单机容量不断持续增大。海上风机的日常维护成本也极其昂贵，因此要求机组维护量尽量小。双馈机组虽然具有如变流器容量小、电机成熟与轻小等特点，但是具有齿轮箱，使得维护成本相对高，而且控制相对复杂。无齿轮箱的直驱式风电机组相比双馈式风电机组能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障的维护量，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成 本，特别适用于海上风电机组开发，有利于加快海上风电场的建设进度，是以后大型及超大型海上风电机组所必选的技术路线。 

大型及超大型直驱型风电机组采用全功率变流器进行并网，如果采用一台全功率变流器实现机组并网，将会带来以下问题：一、变流器容量大，为满足并网变流器电流限制的要求，需要提高变流器额定电压值，但是高压变流器不仅在设计上存在一定的难度，而且在成本上与低压变流器相比会高很多，目前高压变流器在风电应用中还不成熟；二、从机组运行可靠性上考虑，如果变流器出现任何问题导致变流器本身不能工作，这将使整个机组停止运行，整个机组的利用率与发电量将降低。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术问题与不足，提供一种大型直驱式并网风力发电机组，可以提高机组运行可靠性与经济性。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种直驱式并网风力发电机组，包括一发电机，所述发电机的发电机转子固定于一主轴上，所述主轴与一轮毂相连接，所述轮毂上连接有风轮叶片，所述发电机的发电机定子包含多套定子绕组，所述每一套定子绕组都通过各自的绕组出线、电机侧断路器与一套变流器相连接，所述每一套变流器再通过各自的并网断路器连接至整个风力发电机组的升压变压器的低压侧三相电，所述升压变压器的高压侧与电网相连接。 

进一步地，所述定子绕组数量为偶数，且与所述变流器数量相同。 

进一步地，所述定子绕组为2套或4套。 

进一步地，所述多套变流器由一个主变流器控制器进行控制，可以实现多套变流器同时并网；所述电机多套定子绕组并网后相互独立运行，如果其中一台或部分变流器或绕组故障，不影响其它的绕组或变流器正常运行。 

进一步地，所述风力发电机组为8-15MW并网风电机组，所述轮毂中 安装有变桨调节传动系统，所述风轮叶片为由变桨调节传动系统控制的可统一变桨和/或独立变桨的分段式叶片。 

进一步地，所述主轴上还固定有一刹车盘。 

进一步地，所述发电机为直驱式同步发电机，所述同步发电机为永磁同步发电机、常规电励磁同步发电机、超导同步发电机中的一种。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

1、风电机组发电机采用多套定子绕组和多套变流器并网，提高系统运行可靠性。多套定子绕组和变流器相互独立运行，如果有一台变流器或定子绕组出现故障，将不影响其它绕组和变流器的正常运行，机组可以降容继续运行。 

2、机组采用多套变流器并联并网，可以降低变流器的电压等级；而且每台变流器的容量相对低，可以使用目前风电产品成熟的变流器产品，降低了机组只采用一台大容量变流器设计制造难度与研发成本。 

3、机组采用偶数绕组设计，可以通过一定连接进行电机对拖实验，即一部分绕组作为电动绕组，一部分绕组作为发电绕组。 

4、机组中的多套变流器由一个主变流器控制器进行控制，可以实现多套变流器同时并网。