[发明专利]一种混合励磁双馈风力发电机及发电系统

说明书

本发明公开了一种混合励磁双馈风力发电机及发电系统，所述混合励磁双馈风力发电机包括定子、外绕线转子、内爪极永磁转子和转轴，所述定子和内爪极永磁转子分别设置在所述外绕线转子的外周和内周;所述内爪极永磁转子与外绕线转子同轴心并可自由旋转;所述定子和外绕线转子上分别设置定子绕组和转子绕组，所述内爪极永磁转子安装在转轴上可以自由旋转，爪极转子的爪间间隔安装有永磁体和焊接的隔磁材料；励磁支架固定在机壳两侧的端盖内侧上，励磁绕组安装在励磁支架上，采用无刷结构。环形永磁体安装在爪极内部，该永磁体所产生的永磁磁链、励磁绕组产生的磁链分别通过内空气隙和外空气隙匝链定子绕组和外绕线转子绕组产生的磁链。

技术领域

本发明涉及风力发电的技术领域，具体的是一种混合励磁双馈风力发电机及发电系统。

背景技术

风能是一种具有广泛发展前景的清洁可再生能源，风力发电技术越来越受到世界各国的重视。风力发电机是整个发电系统的核心。目前使用较多的风力发电机主要有两种类型，一种是普通永磁同步发电机，另一种是变速恒频双馈感应发电机。变速恒频双馈风力发电机定子和电网直接相连，发电机转子和风轮同轴联结，转子绕组采用绕线结构，转子绕组通过一个能量可以双向流动的变流器和电网相连，通过调节转子励磁电流的幅值、频率、相位等参数，实现在风速变化时，保持发电机定子侧具有恒频恒压的输出，转子侧则根据不同的运行状态通过双向变流器输入或输出能量，实现变速恒频双馈并网运行。采用这种双馈发电机可以在风速变化时，保持定子侧输出电压和频率不变，从而可以直接并网，另外双向变流器的容量可以比发电机的容量小很多。由于双馈发电机具有上述变速恒频运行的优点，因此近些年双馈风力发电机组成的风电系统是国内外研究的热点。

但是双馈风力发电机本质上是一种感应发电机，转子绕组励磁电流来源于电网，发电机的效率和功率因数都相对较低。另外随着风力发电装机容量的不断增大，其对电网的影响已经不能忽略，很多国家制订了新的规则，对并网风力发电提出了新的要求，这些要求包括有功、无功功率控制，频率控制，电能质量控制等，特别是低电压穿越能力是并网规则要求比较严格的指标之一。在电网故障如电压跌落时保持并网，快速向电网提供有功和无功功率支持，帮助电网电压及频率的恢复及稳定是双馈风力发电技术研究的热点。目前国内外对双馈变速恒频风电系统在电网故障时低电压穿越能力的应对措施，已经有较多研究，包括通过改进变流器控制策略来提高系统的动态特性使其具备一定的低电压穿越能力，但许多控制方法相对复杂，特别是在电压跌落深度较大时，仅依靠控制策略的作用有限，因此需要从改变发电机本体结构上或增加硬件保护电路，来实现风电机组低电压穿越并对变流器进行有效保护。这是现有技术的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种混合励磁双馈风力发电机及发电系统，采用交流、直流和永磁磁场三者混合励磁，可以灵活的调节气隙磁场，进一步降低了励磁容量，提高了发电机的效率和低电压穿越能力。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种混合励磁双馈风力发电机，包括机壳，所述机壳可转动连接有转轴，所述转轴上可转动连接有内永磁爪极转子，所述内永磁爪极转子外侧设置有外绕线转子，所述外绕线转子的外侧设置有定子，所述外绕线转子与转轴固定连接，所述定子与机壳固定连接，所述外绕线转子与定子之间设置有外空气隙，所述外绕线转子与内永磁爪极转子之间设置有内空气隙，所述内永磁爪极转子的内部设有永磁体，所述机壳上固定设置有直流励磁绕组支架，所述直流励磁绕组支架上设置有直流励磁绕组，所述外绕线转子连接有风轮。采用本技术方案，所述内永磁爪极转子可绕转轴自由旋转，其旋转速度同时受定子、外绕线转子和直流励磁绕组产生的磁场共同作用，所述内永磁爪极转子还可以和直流励磁绕组三者共同对发电机主磁场进行调节；采用永磁体磁场、直流励磁绕组和外绕线转子交流共同励磁，可以更加灵活地调节气隙磁场，降低了转子侧变换器励磁容量和控制策略的复杂性，提高了发电机的功率因数和效率；在电网侧故障期间，由于内永磁爪极转子和直流励磁绕组的存在，可以进行增磁控制提高了发电机在各种故障状态下的运行能力，对故障状态下的电网稳定提供有力支持。