[发明专利]一种双定子风力发电机及发电系统

说明书

本发明公开了一种双定子风力发电机及发电系统，它由内向外依次为转轴、内定子、绕线转子、永磁转子和外定子。所述内定子和绕线转子之间为第一气隙，所述绕线转子与永磁转子之间为第二气隙，所述永磁转子和外定子之间为第三气隙。外定子与永磁转子构成外永磁同步电机，内定子、绕线转子与永磁转子构成内永磁双馈电机。本发明的优点，结构紧凑，发电量大，特别是在电网故障期间，可以显著改善风力发电系统的低电压穿越能力，提高了发电系统稳定运行性能并降低了风电控制系统的复杂性。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及一种双定子风力发电机。

背景技术

变速恒频双馈风力发电机定子和电网相连，发电机转子和风轮机同轴联结，转子绕组采用绕线结构，转子绕组通过能量可以双向流动的变流器和电网相连，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。目前双馈发电机低电压穿越控制策略较复杂。因此如何提高双馈发电机低电压穿越能力，简化控制系统是国内外研究的热点。

永磁同步电机通过转动永磁体来励磁，省略齿轮箱等传动设备，使用更加简单方便。直驱永磁风力发电机通过全功率变流器与电网相连，为网侧提供无功功率提高了电网稳定性。风力机采用变桨距控制，可实现最大风能跟踪，风机低电压穿越能力较强。该类风力发电系统也存在一些不足，由于发电机定子与变流器相连，变流器的容量较大，直接导致风电机组成本升高且损耗大。

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，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。例如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风力发电技术研究的重点。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。

由于双定子永磁电机具有高功率密度、高效率等优点，而且在相同电机体积下，能够输出更高的电压和更优的电能质量，因此在风力发电领域的应用越来越受到重视。

发明内容

针对现有风力发电技术中要求在电网故障期间，发电机必须具备并网运行的低电压穿越能力，本发明将永磁同步发电机和双馈发电机优点相结合，提出了一种可以提升单机发电量、减小转子侧变流器励磁容量和简化风电控制系统，同时提高发电机低电压穿越能力的双定子风力发电机。所述发电机由内向外依次为转轴、内定子、绕线转子、永磁转子和外定子，所述内定子和绕线转子之间为第一气隙，所述绕线转子与永磁转子之间为第二气隙，所述永磁转子和外定子之间为第三气隙。内定子用支架固定在电机第二端盖上，内定子的槽中嵌放单层三相集中电枢绕组；外定子的槽中放置双层三相分布电枢绕组；永磁转子上的外层永磁体和内层永磁体均为表贴式结构，沿径向内、外层为同向充磁，并且相邻永磁体充磁方向相反。外定子与永磁转子构成外永磁同步电机，内定子、绕线转子与永磁转子构成内永磁双馈电机。

外定子固设在机壳的内壁。

绕线转子与发电机转轴固定连接。

优选地，绕线转子绕组依次连接有电刷和滑环，并通过电刷和滑环连接内永磁双馈发电机侧变流器，由内永磁双馈发电机侧变流器提供三相励磁电源。

永磁转子设置有独立轴承支撑，可以自由转动。

优选地，外定子、永磁转子、绕线转子以及内定子四者中心线在同一条直线上。

优选地，绕线转子轴上连接有转轮连接轴，转轮轴套上套设有第一风轮。

外定子包括：铁心和外定子绕组；内定子包括：铁心和内定子绕组。所述内定子绕组、外定子绕组和绕线转子绕组均为三相对称交流绕组。