CN103001427A - 一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机，解决了风电机组低电压穿越并对变流器进行保护的问题。包括在电机机座（2）内设置有主机转子支架（9），主机转子支架（9）是通过第二轴承（10）与电机驱动轴（1）活动连接，在主机转子支架（9）上设置有主机转子（6），在主机转子（6）的内侧面上设置有磁钢（7），在主机转子支架（9）的一端分别设置有励磁机（3）和旋转整流模块（4），在电机驱动轴（1）上设置有主机副转子（8），在电机驱动轴（1）的一侧轴端上设置有滑环（12），在主机副转子（8）中设置有转子三相交流线圈，转子三相交流线圈与滑环（12）电连接。本发明调节电机的有功、无功功率，减小了对电网的扰动。

Description

一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机

技术领域

 本发明涉及一种同步发电机，特别涉及一种大功率混合励磁的双转子双馈式同步发电机。

背景技术

 近年来随着能源危机与环境问题的日益突出，世界各国都在大力发展风力发电等可再生能源事业，其相关技术发展很快，从失速型到变速恒频风电系统，从有齿轮箱到直接驱动型风电系统，风电的装机容量也在近几年内获得了快速增长。为提高风能利用效率，降低风电成本，风电机组单机容量大型化是风电技术发展的大趋势.采用变速变桨距调节技术已经成为MW级以上大型风电机组的重要特征；在目前的变速恒频风电系统中，使用双馈感应发电机的双馈型风电系统市场份额最大，使用永磁同步发电机的直驱型系统发展很快。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，电压、频率控制，电能质量控制，故障穿越功能等。这些要求使风力发电场要逐渐承担起类似传统火力发电场的功能，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。目前国内外对双馈和直驱变速恒频风电系统在电网故障时的应对措施，已经有较多研究，包括改进变流器控制策略提高系统的动态特性使其具备一定的LVRT能力，但在跌落深度较大时，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保护。

发明内容

 本发明提供了一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机，解决了风电机组低电压穿越并对变流器进行保护的技术问题。

本发明是通过以下方案解决以上问题的：

一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机，包括电机驱动轴和电机机座，在电机驱动轴与电机机座之间设置有第一轴承，在电机机座内设置有主机转子支架，主机转子支架是通过第二轴承与电机驱动轴活动连接在一起的，在主机转子支架上设置有主机转子，在主机转子的内侧面上设置有磁钢，在主机转子支架的一端分别设置有励磁机和旋转整流模块，在电机驱动轴上设置有主机副转子，在电机驱动轴的一侧轴端上设置有滑环，在主机副转子中设置有转子三相交流线圈，转子三相交流线圈与滑环电连接，在电机机座上设置有主机定子，在主机定子中设置有定子三相线圈，在主机转子的外表面内设置有直流励磁线圈，直流励磁线圈通过旋转整流模块与励磁机电连接。

励磁机是转枢式电机，励磁机是通过自动电压调整器为主机转子的外表面内设置的直流励磁线圈励磁的。

本发明由于采用双转子结构，将双馈发电机与同步发电机很好的结合起来。在变速恒频系统中，可以利用双馈电机更优越性能，在电机负荷变化时，可通过控制转子励磁频率来改变发电机转速，控制转子电流励磁相位，改变电机的功率角，进而分别调节电机的有功、无功功率，减小发电机对电网的扰动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路原理简图。

具体实施方式

一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机，包括电机驱动轴1和电机机座2，在电机驱动轴1与电机机座2之间设置有第一轴承11，在电机机座2内设置有主机转子支架9，主机转子支架9是通过第二轴承10与电机驱动轴1活动连接在一起的，在主机转子支架9上设置有主机转子6，在主机转子6的内侧面上设置有磁钢7，在主机转子支架9的一端分别设置有励磁机3和旋转整流模块4，在电机驱动轴1上设置有主机副转子8，在电机驱动轴1的一侧轴端上设置有滑环12，在主机副转子8中设置有转子三相交流线圈，转子三相交流线圈与滑环12电连接，在电机机座2上设置有主机定子5，在主机定子5中设置有定子三相线圈，在主机转子6的外表面内设置有直流励磁线圈，直流励磁线圈通过旋转整流模块4与励磁机3电连接。

励磁机3是转枢式电机，励磁机3是通过自动电压调整器为主机转子6的外表面内设置的直流励磁线圈励磁的。

本发明的系统原理简图如图2所示，其中S0为主机定子，R0为主机转子，R1为副转子，V为变流器，副转子R1中为三相励磁绕组，用n1、f1表示副转子的转速、频率，△f为变流控制器输入的转差频率，主机转子R0外表面装磁极，通直流电励磁，内表面装永磁体励磁，假设R0中电励磁磁极和永磁体励磁磁极的极对数均为p0，且磁性相同，用n0表示主机转子R0的转速，主机定子S0中装三相绕组，输出恒压恒频三相电，并网，设频率为f0, 主要原理如下：

当主轴转速为n0时，副转子随主轴转动,切割磁场在R0与R1间产生转速为n0的三相旋转气隙磁场,带动主机转子随之转速为n0旋转其中n0=60·f0 /p0，从而使主机定子绕组切割磁场，产生以频率为f0三相交流电，并网；而当主轴转速变化△n，以转速n1旋转时，为了保证主机转子输出恒压恒频的三相交流电，副转子中需要通过变流器输入频率为△f= p0·60/△n的三相交流电与副转子旋转磁场n1叠加，在R0与R1间产生转速为n0=n1±△n的三相气隙旋转磁场，带动主机转子以转速n0旋转，使主机定子绕组切割主机转子磁场，产生频率为f0的三相交流电，即f0= p0·60 /（n1±△n），从而保证输出恒频。此时类似典型的双馈变速恒频发电系统。

而当电网故障时，由于在主机转子外表面安装直流电励磁线圈，就可以类似传统火力发电用的电励磁同步发电机，通过强励使主机定子电压升起保持并网，快速向电网提供无功功率支持，帮助电网电压及频率的恢复及稳定，从而减少对变流控制器的冲击。

主机定子5中装有三相交流线圈，主机转子6外表面装有直流电励磁线圈，主机转子6内表面装磁钢7，副转子8中装三相交流线圈，励磁机3的定子中装有直流线圈，励磁机3转子中装有三相交流线圈。 1为电机驱动轴，与主机副转子8构成第一旋转部分； 主机转子6和主机转子支架9，与励磁机3的转子和旋转整流模块4，构成第二旋转部分；第一旋转部分与第二旋转部分通过第二轴承10连接在一起。电机机座2，起支撑作用，与主机定子5和励磁机3的定子以及出线盒构成电机静止部分。静止部分与第一旋转部分通过第一轴承11连接在一起。变流器通过滑环12给副转子提供转差功率；励磁机3为转枢式电机，通过自动电压调整器（AVR）为定子中的直流励磁线圈励磁，当励磁机转子旋转时产生三相交流电，通过旋转整流模块4整为直流电，为主机转子6中外表面的电励磁线圈励磁，进而为主机定子提供磁场。

当转轴1旋转时带动第一旋转部分转动切割主机转子上磁钢7所提供的磁场，与变流器通过滑环12输送的转差磁场叠加，在主机转子6与副转子8之间产生旋转气隙磁场，带动主机转子6同步旋转，使主机定子5中的三相绕组切割主机转子磁场，输出三相交流电，调节主机转子外表面励磁磁场和调节变流器的转差频率就可使输出恒压恒频交流电，使电机保持并网。

各定转子三相绕组可以根据需要的电压等级连接成星形或三角形，主机、励磁机的极对数以及控制器的频率范围应根据电机转速的范围选择合适的值。

当电网发生的电压跌落故障在一定范围内时，本方案不仅不会脱离电网而且还会像常规电厂那样利用电励磁同步发电机抵御电压的能力，向电网提供有功功率和无功功率，不用增加变频器容量或配备其他硬件电路，解决了变速恒频双馈风力发电系统低电压穿越的问题，使风力发电能够得到大规模的应用。

Claims (2)

1. 一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机，包括电机驱动轴（1）和电机机座（2），在电机驱动轴（1）与电机机座（2）之间设置有第一轴承（11），其特征在于，在电机机座（2）内设置有主机转子支架（9），主机转子支架（9）是通过第二轴承（10）与电机驱动轴（1）活动连接在一起的，在主机转子支架（9）上设置有主机转子（6），在主机转子（6）的内侧面上设置有磁钢（7），在主机转子支架（9）的一端分别设置有励磁机（3）和旋转整流模块（4），在电机驱动轴（1）上设置有主机副转子（8），在电机驱动轴（1）的一侧轴端上设置有滑环（12），在主机副转子（8）中设置有转子三相交流线圈，转子三相交流线圈与滑环（12）电连接，在电机机座（2）上设置有主机定子（5），在主机定子（5）中设置有定子三相线圈，在主机转子（6）的外表面内设置有直流励磁线圈，直流励磁线圈通过旋转整流模块（4）与励磁机（3）电连接。

2. 根据权利要求1所述的一种大功率混合励磁双转子双馈式同步风力发电机，其特征在于，励磁机（3）是转枢式电机，励磁机（3）是通过自动电压调整器为主机转子（6）的外表面内设置的直流励磁线圈励磁的。

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