[发明专利]一种双转子调速风力发电系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种双转子调速风力发电系统及其控制方法，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。

技术领域

本发明属于风力发电装置技术领域，具体涉及一种双转子调速风力发电系统及其控制方法。

背景技术

海上风能资源丰富，具有许多陆上风电无法比拟的优势，且海上风电机组呈现向远距离大容量发展的趋势。然而开发难度大、建设成本高、技术不成熟、运维费用高等因素制约了海上风电的进一步开发。

当前主流风电机组如双馈和直驱机型均具有并网能力差的缺点，且机组大型化后无法兼顾成本和可靠性指标。因此产生了调速型风电机组的理念，即在风力机和发电机之间通过调速装置将变化的风速调节为恒速，从而驱动同步发电机输出恒频电能。

《基于永磁双转子电机调速的新型风力发电系统设计》一文提出的发电系统由调速装置(含调速机和变频器)和同步发电机组成。调速机由永磁外转子和绕线内转子构成，内、外转子呈相对旋转构造；绕线内转子与齿轮箱机械连接，与变频器电气连接，变频器连接电网；永磁外转子与同步发电机转子机械连接；同步发电机定子连接电网。系统工作时，变频器从电网吸收电能提供给调速机使其处于电动调速状态，则与调速机外转子相连的输出轴转速为恒速，从而驱动同步发电机向电网发出恒频交流电。该系统具有电能质量高、变流器容量小、有效隔离发电机故障对齿轮箱的破坏等优势。但调速机需通过变频器从电网吸收部分电能才能工作在电动调速状态，故系统发电效率不高；变频器中电力电子器件的故障率较高，使得系统可靠性并未得到明显提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种双转子调速风力发电系统及其控制方法。该系统利用双转子调速电机连接齿轮箱与同步发电机，克服了传统风电机组电能质量不高、电网适应性不强、可靠性低、维护成本高的弊端，将随风速变化的不可控量转变为可控量，实现电能和机械能的同时传递与调节，达到体积小、成本低、可靠性高、便于控制以及较高电能质量和较强电网适应性的目标，更好地适应风电机组大型化的发展趋势。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提出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。

一种双转子调速风力发电系统的控制方法，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；