[发明专利]直驱同步风力发电机系统及其集电方法

说明书

本发明公开了直驱同步风力发电机系统及其集电方法，其中所述方法包括：风力发电机组包括风机叶轮、传动装置和直驱同步电机，直驱同步电机的输出通过集电线路并联到集电母线；集电母线与直驱同步电机的输出为同频的低频电能；确定直驱同步电机的额定电压与所述直驱同步电机之间极限距离的对应关系；断路器和并网控制单元控制直驱同步电机并入集电母线；设于集电装置的升压升频设备用于将接收自集电母线的低频电能转换为工频电能，并控制并入集电母线的各风力发电机组的功率、频率和电压。本发明可以降低风力发电机系统的整体设备成本和维护成本，以及，简化风机塔上的载荷和设备数量，进而方便设置发电机的快速保护，提高风力发电机系统的运行可靠性。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及直驱同步风力发电机系统及其集电方法。

背景技术

目前大型风电场一般采用工频集电技术，即风力发电机采用50/60Hz工频发电机。其中，双馈异步发电机需要配套机械升速设备和转子变流器，永磁直驱同步发电机配套全功率变流器，风力发电机或全功率变流器输出50/60Hz交流电能经升压变压器和集电线路汇集至集电装置，通过进一步升压和外输线路向外输出电能。

现有技术中的风电机组中，风机塔上设备包括风机叶轮、传动装置、发电机，双馈异步机组转子变流器一般也设置在塔上。发电机输出经过对应的箱式升压变压器升压后通过集电线路接入集电装置。

风电场集电装置一般沿用常规50/60Hz工频变配电设备，电能输出沿用升压升频变压器和架空输电线路。

发明人经过研究发现，现有技术中的直驱风力发电机系统的集电方式，存在集电线路和发电机组保护尤其是差动保护难于配置的缺陷，导致保护动作时间较长，对于风电机组大型化有不利影响。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提高风力发电机系统的运行可靠性，降低风力发电机系统的整体设备成本和维护成本，降低发电机组保护尤其是快速差动保护的配置难度。

本发明提供了一种直驱同步风力发电机系统，包括：

风力发电机组包括风机叶轮、传动装置和直驱同步电机，所述直驱同步电机的输出通过集电线路并联到集电母线；所述集电母线与所述直驱同步电机的输出为同频的低频电能；根据预设规则和所述风力发电机组的额定功率确定所述直驱同步电机的额定电压与所述直驱同步电机之间极限距离的对应关系；

断路器和并网控制单元控制所述直驱同步电机并入所述集电母线；

设于集电装置的升压升频设备用于将接收自所述集电母线的低频电能转换为工频电能，并控制并入所述集电母线的各所述风力发电机组的功率、频率和电压。

在本发明中，所述升压升频装置包括大型变流器和升压变压器。

在本发明中，所述升压升频装置包括倍频变压器。

在本发明中，当所述风力发电机组为MW以上级机组时，所述直驱同步电机为3千伏至10千伏的高压发电机。

在本发明中，包括：

在所述风力发电机组和所述集电母线处设置有同期合闸装置和断路器。

在本发明中，最优的所述直驱同步风电机组采用永磁发电机。

在本发明中，当所述直驱同步风力发电机系统构成的风电场的外输线路为直流时，还包括高压整流装置。

在本发明中，所述根据预设规则和所述风力发电机组的额定功率确定所述直驱同步电机的额定电压与所述直驱同步电机之间极限距离的对应关系，包括：