[发明专利]多稳态级联感应发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别是涉及一种多稳态级联感应发电机组。

背景技术

在风力发电技术领域，风力发电机组包括两种运行方式，一种是恒速恒频运行方式，另一种是变速恒频运行方式。在恒速恒频的运行方式下，发电机的转速不变，从而保证和电网频率一致的恒定的频率，这种方式存在风能利用率低、效率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控等缺陷。所以变速恒频运行方式应用的越来越广，在变速恒频的运行方式下，发电机组的转速可随风速变化，发电机组通过转子励磁电流相位频率等的调节，使定子侧输出恒频恒压电能，风能转换率高，效率高。

目前实现变速恒频运行方式的发电机组主要有双馈异步发电机组和无刷双馈发电机组，尤其是在兆瓦级的风电系统中应用很广。

对于双馈异步发电机组，其设置有高增速比的齿轮箱作为传动部件、一台局部功率(非全功率)的变频器。

双馈异步发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。当双馈异步发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。

当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率，输入的功率是从电网吸收的，浪费电网的电能；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩同方向，定子和转子都向电网馈送电功率。

双馈异步发电机存在的最大问题是在低风速下发电时需要变频器从电网吸收电能给双馈发电机的转子，这样就使发电效率降低，同时变频器会给电网带来谐波污染。

对于无刷双馈发电机，其定子有两套相互独立极数不同的绕组，一套是功率绕组，直接接电网，另一套是控制绕组，通过双向四象限变频器接电网，双向四象限变频器用来实现恒频输出效果。无刷双馈发电机无需滑环和电刷，运行更可靠，但是仍然要使用双向变频器，导致成本依然很高，控制方法依然复杂，尤其对于兆瓦级级的机组，成本太高。

发明内容

本发明就是为了解决现有双馈发电机在低风速下发电时效率较低的技术问题，提供一种发电效率高的多稳态级联感应发电机组。

本发明是在现有无刷双馈发电机的基础上的改进。

本发明的技术方案是，提供一种多稳态级联感应发电机组，包括无刷双馈发电机、第一开关装置、第二开关装置、第一套定子绕组角接开关、第一套定子绕组星接开关、第二套定子绕组角接开关和第二套定子绕组星接开关，无刷双馈发电机的定子绕组包括相互独立极数不同的第一套定子绕组和第二套定子绕组，第一套定子绕组设有三个首端和三个尾端，第二套定子绕组设有三个首端和三个尾端；第一套定子绕组的三个首端与第一开关装置连接，第一套定子绕组的三个尾端与第一套定子绕组星接开关连接，第一套定子绕组的三个首端和第一套定子绕组的三个尾端之间通过第一套定子绕组角接开关连接；第二套定子绕组的三个首端与第二开关装置连接，第二套定子绕组的三个尾端与第二套定子绕组星接开关连接，第二套定子绕组的三个首端和第二套定子绕组的三个尾端之间通过第二套定子绕组角接开关连接。

优选地，开关装置为接触器或电力电子开关装置。

优选地，还包括控制器和转速传感器，转速传感器设于无刷双馈发电机上且与控制器连接，第一开关装置、第二开关装置、第一套定子绕组角接开关、第一套定子绕组星接开关、第二套定子绕组角接开关和第二套定子绕组星接开关分别与控制器连接。

本发明的有益效果是，可完成多级(至少8种)工作模式，无论是在高风速或低风速下，都能满足发电要求，发电效率大大提高，风能利用率更高。