[实用新型]复合转子开绕组无刷双馈风力发电系统及发电机

说明书

技术领域

 本实用新型属于风力发电领域，具体涉及一种复合转子开绕组无刷双馈风力发电机直接功率控制系统及其专用的复合转子开绕组无刷双馈风力发电机。

背景技术

 近年来，无刷双馈发电机以其无刷可靠、便于实现变速恒频和低速直驱、所需变流器容量小、成本低等优势，在大型风电机组和海上风电领域中得到了国内外学者越来越广泛的关注，具有广阔的应用前景。但它尚未得到大量推广应用，其主要技术问题有两方面：（1）目前无刷双馈发电机的转子结构形式（基本类型有特殊笼型转子或齿谐波绕线转子，以及磁阻式转子）对定子两套绕组的耦合能力不强，且调制出的谐波磁场较大，影响发电机的功率密度、出力和性能指标。（2）由于无刷双馈发电机的定子铁心上嵌有两套极数不同的绕组，其内部电磁关系极为复杂，因此如何对其进行有效的励磁控制已成为亟待解决的难点和热点问题，尤其是风电机组的最大功率跟踪问题，以提高发电效率。目前，国内外学者对无刷双馈风力发电机的功率控制主要采用磁场定向的矢量变换控制技术和直接转矩控制方法。但是，基于矢量控制的方法需要进行坐标变换，计算量大，且易受发电机参数变化的影响，使得系统的鲁棒性大大降低。而直接转矩控制方法的计算量也较大，需要采用高速处理器，因而其成本较高；此外，磁链观测器对发电机参数变化或不能准确辨识较为敏感，尤其在控制绕组侧励磁电流频率较低的情况下，这将导致控制系统的实时性变差。因此，迫切需要寻找一种具有新型转子结构的高性能无刷双馈风力发电机及其励磁控制方法。

发明内容

 本实用新型提供一种复合转子开绕组无刷双馈风力发电系统及方法，其目的是解决以往的方式所存在的系统鲁棒性低、成本高和磁链观测器对参数敏感导致控制系统实时性差的问题。

本实用新型采用以下技术方案：

复合转子开绕组无刷双馈风力发电系统，其特征在于：该系统主要包括风力机、无刷双馈风力发电机、双向PWM变频器及中央处理器；风力机通过增速箱连接至无刷双馈风力发电机，无刷双馈风力发电机一方面连接至双向PWM变频器，另一方面通过并网开关连接至变压器，再一方面依次通过电压电流信号检测单元及输入量单元连接至中央处理器；双向PWM变频器通过滤波器连接至变压器，变压器接至电网。

中央处理器上还连接有中央监控系统和人机界面。

双向PWM变频器采用双端供电式级联型多电平拓扑结构，所述双向PWM变频器采用双端供电式级联型多电平拓扑结构时无刷双馈发电机控制绕组开绕组两端分别由两个多电平逆变器直接供电，形成一种级联型拓扑结构。

无刷双馈风力发电机包括定子、转子和转轴，所述定子上嵌放两套极数不同的绕组，即功率绕组和控制绕组，极数分别为2p_p和2p_c，控制绕组端设计为开绕组结构；所述转子采用(2p_p+2p_c)极径向叠片磁障和短路笼条复合式新型转子结构，转子叠片沿径向叠压，转子凸极中心线处放置导电笼条，导电笼条的两端用导电圆环压紧以实现短路连接，形成短路笼条；所述转轴与转子之间安装有钢套，钢套通过转轴上的定位销与转轴固定在一起。

功率绕组通过并网开关及变压器接入工频电网用作电能输出，控制绕组连接双向PWM变频器，通过双向PWM变频器、滤波器及变压器与电网连接用作交流励磁。

所述控制绕组为开绕组结构，即控制绕组不作星形或角形连接，其6个端子全部打开引出。

应用于上述的复合转子开绕组无刷双馈风力发电系统中的复合转子开绕组无刷双馈风力发电机，其特征在于：该发电机包括定子、转子和转轴，所述定子上嵌放两套极数不同的绕组，即功率绕组和控制绕组，极数分别为2p_p和2p_c，控制绕组端设计为开绕组结构；所述转子采用(2p_p+2p_c)极径向叠片磁障和短路笼条复合式新型转子结构，转子叠片沿径向叠压；所述转轴与转子之间安装有钢套，钢套通过转轴上的定位销与转轴固定在一起。

功率绕组通过并网开关及变压器接入工频电网用作电能输出，控制绕组连接双向PWM变频器，通过双向PWM变频器、滤波器及变压器与电网连接用作交流励磁，所述控制绕组为开绕组结构，即控制绕组不作星形或角形连接，其6个端子全部打开引出。