CN102044924A - 内双馈风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便于实现高电压等级的内双馈风力发电机。它包括定子和转子，所述定子设有星形接法的定子绕组和三角形接法的调节绕组，定子绕组与电网侧连接，调节绕组与风机变流器的网侧变频器连接；转子绕组则与风机变流器的机侧变频连接。
Description
技术领域：
本发明涉及一种内双馈风力发电机，属于风力发电技术领域。
背景技术：
我国风力资源丰富，虽然起步较晚，但是经过近两年的跨越式发展，现已有成为风电大国的势头。如今，风力发电在我国成为一个非常有发展前景的行业，除了跨国企业对我国的风电产业虎视眈眈，国内很多企业也跃跃欲试，准备在风电行业里有所作为。
风力发电系统主要有恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速控制在恒定的数值，因而保证了发电机输出端电压的幅值和频率保持恒定。但是这种运行方式运行范围比较窄，只能在一定风速下捕捉风能，发电效率较低，可以预测将逐步退出市场。变速恒频风力发电系统分为直驱型和双馈型，一般采用永磁电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮是整个系统在较大风速范围内按照最佳效率曲线运行。是目前风力发电技术的主流技术。
而在变速恒频发电系统里，双馈型风力发电（DFIG）（如图2所示）是当前风电行业的主流技术，双馈型风力发电系统主要由感应电机和接在转子绕组上的励磁变频器以及一些检测保护装置组成。其中，发电机的定子绕组直接与电网连接，转子侧利用变频器控制转子励磁电流的频率、幅值和相位实现交流励磁，通过转子侧的交流励磁实现定子侧的恒频运行，使定子的输出电能可以直接与电网实现并网。因此双馈型风力发电系统具有成本低，效率高、体积小的优点，并且能够独立调节有功无功，可实现最大风能追踪的变速恒频运行，发出的电能质量较好。
当前国内、外风力发电的主力机型容量是1-2MW，电压等级为低压690V AC。随着风力发电机技术的发展，单机容量大型化已成为国际风电市场发展的必然趋势，2MW以上的大功率双馈发电机组越来越多。但是双馈发电机的额定电压仍然沿用2MW以下电机采用低压690V，这样就造成了发电机的额定电流很大，即所谓的低压大电流。低压大电流又造成母排、电缆、断路器开关等电器设备的成本较高。解决此问题的根本途径是提高双馈风力发电机的电压等级，但是双馈风力发电机定子侧的电压等级提高后，网侧变频器的成本将大大提高，同时增加了控制的难度。
发明内容：
本发明的目的是解决现有技术上的缺陷，提供一种便于实现高电压等级的内双馈风力发电机。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：
一种内双馈风力发电机，它包括定子和转子，所述定子设有星形接法的定子绕组和三角形接法的调节绕组，定子绕组与电网侧连接，调节绕组与风机变流器的网侧变频器连接；转子绕组则与风机变流器的机侧变频连接。
所述调节绕组与定子绕组同槽嵌放。
所述定子绕组为高压绕组；所述调节绕组为低压绕组。
所述转子绕组为低压绕组。
本发明中风力发电机的定子中有两套三相绕组，一套称为定子绕组，星形接线，另一套称为调节绕组，三角形接线，并且这两套绕组是同槽嵌放的。发电机的转子中有一套三相绕组，称为转子绕组，星形接线。
定子绕组设计成高压绕组（3kV、6kV、10kV），定子绕组直接同电网侧连接。
调节绕组设计成低压绕组（690V），调节绕组连接风机变流器的网侧变频器。
转子绕组设计成低压绕组（690V），转子绕组连接风机变流器的机侧变频器。
本发明的有益效果是：结构简单，易于控制，便于实现的高电压等级，风机制造运行成本较低。
目前国内双馈风力发电的主要机型为1.5MW，3MW的机型有些厂家已经完成满发，但是还没有形成批量生产。因而我们针对1.5MW机型进行了内双馈设计，如某厂家的1.5MW双馈风力发电机型主要技术参数如下：
额定功率：1560KW 极数：4
定子绕组电压：690V 定子绕组电流：1450A
转子绕组电压：690V 转子绕组电流：418A
功率因数： 从0.9电感型到0.9电容型
在此参数基础上进行内双馈风力发电机设计，在发电机定子绕组侧同槽嵌放一套调节绕组，定子绕组电压设计为10KV，调节绕组电压设计为690V,由于双馈性风力发电机转子侧的功率控制仅需要风力发电机额定功率的25%，而调节绕组是为控制发电机转子侧功率提供能量，因而调节绕组的容量设计为发电机额定容量的25%，具体参数如下：
额定功率：1560KW 极数：4
定子绕组电压：10000V 定子绕组电流：100A
调节绕组电压：690V 调节绕组电流：363A
转子绕组电压：690V 转子绕组电流：418A
功率因数： 从0.9电感型到0.9电容型
从上面的参数对比可以看出，内双馈风力发电机定子绕组的电流远远小于原双馈型风力发电机定子绕组的电流，即使加上调节的电流，也要小于原双馈型风力发电机定子绕组的电流。因此，内双馈风力发电机定子绕组的用铜量将大大减少，降低了发电机的制作成本。同时，由于内双馈定子绕组电压的提高，定子出线母排、电缆、开关、变压器的成本也将大大降低。而对于5MW风力发电机制造及外围电路配置成本减低更加明显，带来的经济效益也比较明显。
内双馈风力发电机在定子侧增加调节绕组后，对双馈风力发电系统的谐波也带来了较大的改善。原双馈风力发电系统的网侧变流器是直接接到定子绕组上，绕后通过变压器连接到电网，由网侧变流器产生的谐波会直接加到定子绕组，通过变压器传到电网。内双馈风力发电机增加了调节绕组后，网侧变流器连接到调节绕组，其产生的谐波加到调节绕组上，但是由于绕组的分布式结构，谐波不会传到定子绕组，也就不能传到电网上。
附图说明：
图1为本发明内双馈风力发电机系统原理图。
图2为传统双馈风力发电系统原理图。
其中，1定子绕组，2调节绕组，3转子绕组，4机侧变频器，5网侧变频器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1中，内双馈风力发电机中共有三套绕组，其中定子中有两套三相绕组，一套称为定子绕组1，星形接线，另一套称为调节绕组2，三角形接线，并且这两套绕组是同槽嵌放的。发电机的转子中有一套三相绕组，称为转子绕组3，星形接线。定子绕组1设计成高压绕组（3kV、6kV、10kV），定子绕组1直接同电网侧连接。调节绕组2设计成低压绕组（690V），调节绕组2连接风机变流器的网侧变频器5。转子绕组3设计成低压绕组（690V），转子绕组3连接风机变流器的机侧变频器4。
Claims (4)
1.一种内双馈风力发电机，它包括定子和转子，其特征是，所述定子设有星形接法的定子绕组和三角形接法的调节绕组，定子绕组与电网侧连接，调节绕组与风机变流器的网侧变频器连接；转子绕组则与风机变流器的机侧变频连接。
2.如权利要求1所述的内双馈风力发电机，其特征是，所述调节绕组与定子绕组同槽嵌放。
3.如权利要求1或2所述的内双馈风力发电机，其特征是，所述定子绕组为高压绕组；所述调节绕组为低压绕组。
4.如权利要求1所述的内双馈风力发电机，其特征是，所述转子绕组为低压绕组。
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