CN101882880A - 一种多发电机机组多脉整流方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的多发电机机组多脉整流方法，将多台结构与容量相同、以机械结构约束同步运行的发电机平均分成M组，每组发电机组包括N台发电机，通过合理地设计发电机绕组之间、同组发电机之间、发电机组之间的电角度，在多发电机机组整流后的直流侧，不同相位的发电机输出电压相互叠加，电压峰值脉波数增加，幅值变小，从而可获得平稳的直流输出电压，降低电流等级和电路损耗，降低滤波电容的容量。

Description

一种多发电机机组多脉整流方法

技术领域

本发明涉及一种用于分布式发电的整流方法，尤其是适用于风力发电的多发电机机组多脉整流方法。

背景技术

风力发电是一类工作在低速范围的新能源发电方式，采用低速同步电机或永磁电机加上整流逆变的系统结构，即直驱系统，可以取得效率高、对电力系统供电控制容易等一系列优点。然而直驱系统需要庞大的低速同步电机，而且由于工作频率低、整流输出的脉动大，需要体积很大的滤波元件，这些都造成了直驱系统体积、重量、成本都成问题。半直驱系统是通过单级齿轮来加速电机的旋转速度，从而缩小系统体积。在半直驱系统中采用多个电机是一种较好的做法，增加电机后，不仅可以缩小每台电机的体积、降低整流及逆变电路的其中功率半导体器件的耐压、容量要求，而且有可能通过提高整流脉波数来降低滤波要求，从而进一步缩小系统的体积、重量与成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于风力发电的多发电机机组多脉整流方法，以提高多发电机机组的整流性能。

本发明提供的多发电机机组多脉整流方法，其特征在于：包括多个结构与容量相同、以机械结构约束同步运行的L台发电机，L≥2，将L台发电机平均分成M组，M≥1，每组发电机组包括N台发电机，N≥2。

设每一台发电机内部的总绕组数为F，将该F个绕组平均分成J组，J≥1，每组均有K相绕组，K≥2，每组绕组为一个整流单元。每台发电机内的绕组符合以下电气角度要求：同一个整流单元的绕组电气角度平均分布，相互间隔电角度α＝360°/K；当同一个发电机中有多个整流单元时，相邻整流单元所对应的绕组之间的电角度β根据总绕组数F的奇偶数确定：(a)当F为偶数时，β＝360°/(2×J×K)；(b)当F为奇数时，β＝360°/(J×K)。

将每组发电机组中能够生成相同相位电压的绕组定义为发电机之间对应绕组。同一个发电机组中相邻发电机对应绕组的电角度依次相差δ＝360°/(2×J×K×N)。

将各发电机组中的第一台发电机之间对应绕组定义为发电机组对应绕组。相邻发电机组对应绕组的电角度依次相差

将每台发电机的J个整流单元的输出端分别与P个整流器的输入端相连，P＝J，P个整流器的直流输出端顺极性串联，构成一台发电机的多脉整流装置；将每组发电机组中N台发电机的多脉整流装置的输出端顺极性串联，形成一个发电机组的多脉整流装置，将M组发电机组的多脉整流装置的输出端并联或独立输出，作为多发电机机组的整流输出端。

在发电机向电网并网馈送电能的情况下，可以在多发电机机组的整流输出端接逆变电路。逆变电路可以是单相逆变器或多相逆变器。

为了在不同的发电机转速下能够得到稳定的电压幅值，可以在多发电机机组的整流输出端连接直流-直流电压升压电路或者电压降压电路。例如boost电路，buck电路或者buck-boost电路等。在发电机与电网并网的情况下，进一步可在直流-直流电压升压电路或者电压降压电路的输出端接逆变电路。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的多发电机机组多脉整流方法，能够在分布式发电系统的整流直流侧实现多脉波整流并获得更高电压等级，更加平稳的直流电压，降低电流等级和电路损耗，降低滤波电容的容量。

附图说明

图1是四台发电机机组组成的多脉整流方法示意图；

具体实施方式

参照图1，本例有结构与容量相同、以机械结构约束(如采用旋转大齿轮与发电机的齿轮啮合)同步运行的4台发电机G11，G12，G21，G22，将4台发电机平均分成2组Q1，Q2，(即M＝2)，每组发电机组包括2台发电机(即N＝2)。

设每一台发电机为六相发电机，以第一台发电机G11为例，如图1所示。内部的总绕组数为F＝6，将6个绕组平均分成2组S1和S2(即J＝2)，每组绕组为一个整流单元，每组均有3相绕组(即K＝3)。

发电机内的绕组符合以下电气角度要求：同一个整流单元的绕组相互间隔电角度α＝360°/K＝120°第一个整流单元S1的绕组T11，T12，T13相互间隔电角度为120°，第二个整流单元S2的绕组T21，T22，T23相互间隔电角度为120°。两个整流单元之间的对应绕组T11与T21之间的电角度β＝360°/(2×J×K)＝30°电角度。

将每组发电机组中能够生成相同相位电压的绕组定义为发电机之间对应绕组，在图1中，同一个发电机组Q1中发电机G11中的绕组T11与发电机G12中的绕组T11为对应绕组。对应绕组之间的电角度相差δ＝360°/(2×J×K×N)＝15°。

将各发电机组中的第一台发电机之间对应绕组定义为发电机组对应绕组，发电机G11的绕组T11与发电机G21的绕组T11是发电机组Q1与发电机组Q2的对应绕组。相邻发电机组对应绕组的电角度依次相差

所以发电机G11的绕组T11与发电机G21的绕组T11之间相差

电角度。

将每台发电机的2个整流单元的输出端分别与2个整流器A1，A2的输入端相连，整流器可以是二极管整流桥，晶闸管整流桥等等。2个整流器A1，A2的直流输出端顺极性串联，构成一台发电机的多脉整流装置，本例中四台发电机共有四个多脉整流装置B11，B12，B21，B22；将每组发电机组中2台发电机的多脉整流装置的输出端顺极性串联，形成发电机组的两个多脉整流装置C1，C2，此例中将2组发电机组的多脉整流装置C1，C2的输出端并联，作为多发电机机组的整流输出端。

或者也可以将2组发电机组的多脉整流装置C1，C2独立输出，作为多发电机机组的整流输出端。

在多发电机机组的输出端，不同相位的发电机输出电压相互叠加，电压峰值脉波数增加，幅值变小，从而可获得平稳的直流整流输出电压。

本例采用4台发电机，按上述方法多脉整流，在直流输出侧可获得48脉波的直流电压，使用270V线线电压的发电机时，可以生成1460V的直流电压。

在图1所示具体实例中，在多发电机机组的整流输出端依次连接有boost升压电路F1

和逆变电路E1，这样可以进一步减小直流电压波动，使得幅值更加稳定。

本发明通过合理地设计发电机绕组之间、同组发电机之间、发电机组之间的电角度，在多发电机机组整流后的直流侧，可获得平稳的直流电压。本发明适用于诸如风力发电机这种转速变化范围较大的场合。

Claims (4)

1.一种多发电机机组多脉整流方法，其特征在于：包括多个结构与容量相同、以机械结构约束同步运行的L台发电机，L≥2，将L台发电机平均分成M组，M≥1，每组发电机组包括N台发电机，N≥2。

设每一台发电机内部的总绕组数为F，将该F个绕组平均分成J组，J≥1，每组均有K相绕组，K≥2，每组绕组为一个整流单元。每台发电机内的绕组符合以下电气角度要求：同一个整流单元的绕组电气角度平均分布，相互间隔电角度α＝360°/K；当同一个发电机中有多个整流单元时，相邻整流单元所对应的绕组之间的电角度β根据总绕组数F的奇偶数确定：(a)当F为偶数时，β＝360°/(2×J×K)；(b)当F为奇数时，β＝360°/(J×K)。

将每组发电机组中能够生成相同相位电压的绕组定义为发电机之间对应绕组。同一个发电机组中相邻发电机对应绕组的电角度依次相差δ＝360°/(2×J×K×N)。

将各发电机组中的第一台发电机之间对应绕组定义为发电机组对应绕组。相邻发电机组对应绕组的电角度依次相差

将每台发电机的J个整流单元的输出端分别与P个整流器(A_j，j＝1～J)的输入端相连，P＝J，P个整流器的直流输出端顺极性串联，构成一台发电机的多脉整流装置(B_mn，m＝1～M，n＝1～N)；将每组发电机组中N台发电机的多脉整流装置(B_m1，B_m2，..B_mN)的输出端顺极性串联，形成一个发电机组的多脉整流装置(C_m，m＝1～M)，将M组发电机组的多脉整流装置(C_m)的输出端并联或独立输出，作为多发电机机组的整流输出端。

2.根据权利要求1所述的多发电机机组多脉整流方法，其特征是：在多发电机机组的整流输出端接逆变电路。

3.根据权利要求1所述的多发电机机组多脉整流方法，其特征是：在多发电机机组的整流输出端连接直流-直流电压升压电路或者电压降压电路。

4.根据权利要求3所述的多发电机机组多脉整流方法，其特征是：在直流-直流电压升压电路或者电压降压电路的输出端接逆变电路。

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