[发明专利]一种双转子调速风力发电系统及其控制方法

权利要求书

1.一种双转子调速风力发电系统，包括风轮、齿轮箱、双转子调速电机、电励磁同步发电机、变流器、整流器、变压器和开关；其特征在于：

所述双转子调速电机包括永磁外转子和绕线内转子，永磁外转子为永磁体，绕线内转子上绕有电枢绕组，且永磁外转子与绕线内转子呈相对旋转的构造；风轮的主传动轴通过齿轮箱及联轴器与永磁外转子连接；

所述变流器包括内转子侧整流器和网侧逆变器，内转子侧整流器的交流端连接双转子调速电机的绕线内转子，内转子侧整流器的直流端通过直流线路连接网侧逆变器的直流端，网侧逆变器的交流端连接变压器的低压侧，变压器的高压侧连接电网；所述电励磁同步发电机包括转子和定子，所述转子与绕线内转子之间通过轴或杆件连接；转子同时连接整流器的直流输出端，整流器的交流输入端连接变压器的低压侧，定子通过开关与变压器的低压侧连接；整流器将电网的交流电整流成直流电为电励磁同步发电机的转子提供直流励磁；变压器低压侧的电压经变压器升压至10kV后，连接至电网；

所述双转子调速风力发电系统的工作状态具有四种工作阶段，即调速机发电、调速机电动调速、调速机调速发电以及系统额定运行；其中，

调速机发电工作阶段是指：将开关断开，即电励磁同步发电机的定子与电网断开连接，则电励磁同步发电机不工作，仅双转子调速电机工作，故与电励磁同步发电机的转子相连的双转子调速电机的绕线内转子固定不转，

调速机电动调速工作阶段是指：当双转子调速电机的发电功率达到双转子调速电机的额定功率P_fN时，将开关闭合，即电励磁同步发电机的定子与电网连接，系统进入第Ⅱ阶段运行，此时的风速为v₁；

调速机调速发电工作阶段是指：风速从v₁继续增加，当n_out随风速上升增至n_out＝n_in＝n₀时，n_f＝0，变流器为绕线内转子提供直流励磁，双转子调速电机仅起调速作用，P_f＝0，此时系统进入第Ⅲ阶段运行，对应的风速为v₂；

系统额定运行工作阶段是指：风速从v₂继续增加，当n_out随风速上升增至额定转速即n_out＝n_outN时，系统达到额定运行状态，进入第Ⅳ阶段运行，此时的风速为额定风速v_N；

其中，n_out为永磁外转子在外力作用下的旋转速度，n_in为绕线内转子的机械转速，n_f为绕线内转子上的电枢绕组通入频率为f的电流所形成旋转磁场的转速；n₀为电励磁同步发电机的同步转速；n_outN为额定转速；P_f为双转子调速电机的电功率。

2.根据权利要求1所述的双转子调速风力发电系统，其特征在于所述电励磁同步发电机的额定功率为P_SN为双转子调速电机的额定功率P_fN的2倍。

3.根据权利要求1所述的双转子调速风力发电系统，其特征在于该系统中有两个并联背靠背双PWM变流器。

4.根据权利要求1所述的双转子调速风力发电系统，其特征在于所述电励磁同步发电机的型号为XE93TFDD2000。

5.一种权利要求1-4任一所述的双转子调速风力发电系统的控制方法，其特征在于该方法对双转子调速电机永磁外转子转速的控制采用调节绕线内转子上电枢绕组电流的有功分量来实现；对双转子调速电机绕线内转子转速的控制采用调节绕线内转子上电枢绕组电流的频率来实现；

当永磁外转子转速低于绕线内转子转速时，绕线内转子电枢绕组电流所形成旋转磁场的转向与永磁外转子转向相同，与绕线内转子转向相反，变流器向绕线内转子提供交流励磁，双转子调速电机通过变流器从电网吸收有功功率，处于电动调速状态；当永磁外转子转速等于绕线内转子转速时，绕线内转子电枢绕组电流频率为0，变流器向绕线内转子提供直流励磁，双转子调速电机与电网之间无直接能量交换，处于调速状态；当永磁外转子转速高于绕线内转子转速时，绕线内转子电枢绕组电流所形成旋转磁场的转向与永磁外转子转向相反，与绕线内转子转向相同，双转子调速电机通过变流器向电网发出有功功率，处于调速发电状态；

电励磁同步发电机自转速达到同步转速后始终处于同步发电状态，向电网提供有功功率。