CN104852517A - 一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组，其包括前机架、主轴、主齿轮箱、无刷同步电励磁发电机和后机架，该后机架上设有机组控制柜和发电机控制柜，所述主齿轮箱通过液力变矩器与无刷同步电励磁发电机连接,该无刷同步电励磁发电机直接耦合到电网。本发明具有以下特点1、机组具有可靠性高的优点，使可利用率得以提升。2、电能高品质、入网效果显著。3、具有强大的无功功率输出能力，无需风场增设电容补偿设备。4、本发明在防风沙、耐低温方面，适用于西北地区气候条件。5、调速范围宽，使用维护费用低，使用寿命长。

Description

一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组

技术领域

本发明涉及电力设备，特别是一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组。

背景技术

随着全球气候变暖以及不可再生能源短缺形势的日趋严峻，能源供应安全问题正在逐步影响日常生活和经济生产。与此同时可再生能源以其清洁、安全、永续的特点越来越受到人们的关注，同时可再生能源在各国能源战略中的地位不断提高。其中风能作为可再生能源中成本较低、技术较成熟、可靠性较高的新能源，近年来发展很快并开始在能源供应中发挥重要作用。

近些年我国大力发展风电建设，风电基础设备的建造和研发水平有了显著地提高和进步，其中风电机组相继出现了很多类型，如恒速恒频同步风力发电机组、恒速恒频鼠笼型异步风力发电机组、变速恒频双馈异步风力发电机组、变速恒频电励磁同步发电机组和变速恒频永磁同步风力发电机组等。目前，变速恒频双馈异步风力发电机组市场占有率最高，变速恒频永磁同步风力发电机增长最快，带齿轮箱的高速、中速永磁同步风力发电机的新机型不断推出。但上述机型经过实地运行和检测后发现，变速恒频永磁同步风力发电机组的高变速比齿轮箱可靠性差、故障率高，体积庞大，无防护地直接暴露于自然环境中，对风沙、雨雪的抵御能力差，特别是在我国北方多风沙、雨雪的地区，沙尘容易进入发电机内部，风沙中的铁磁微粒会吸附于发电机磁极使发电机损坏，同时低温、振动也会加快永磁体消磁速度，降低机组的可靠性，通过全功率变频器并网，存在谐波污染；变速恒频双馈异步风力发电机组固有的低电压穿越能力弱、无功调节性能差，无功调节能力有限，定、转子三相绕组分别接入独立的三相对称电源，定子绕组直接和电网连接，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连，变频器通过直流环节和整流器与电网连接，控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态并随着风速的变化调节发电机的转速，进行能量交换，并网同样存在较大的谐波污染；综上所述现有的大型风电机组没有直接和电网耦合进行发电的。

发明内容

本发明提供一种可靠性高、运行平稳、使用寿命长且直接和电网耦合发电的液力变矩无刷同步电励磁发电机组。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组，包括前机架、主轴、主齿轮箱、无刷同步电励磁发电机和后机架，该后机架上设有机组控制柜和发电机控制柜，所述主齿轮箱通过液力变矩器与无刷同步电励磁发电机连接, 该无刷同步电励磁发电机直接耦合到电网。

所述液力变矩器内设有两级行星齿轮。

所述液力变矩器、主齿轮箱和无刷同步电励磁发电机上设有加热器。

本发明相对现有技术具有以下优点：

1、机组具有可靠性高的优点，使可利用率得以提升。

风电机组故障中，变流器电子元器件故障占总故障29%。据统计，变流器的平均无故障间隔期小于2年，而液力变矩的平均无故障间隔期可长达39年，采用液力变矩取代变流器，使这部分故障因素大大减小，由于采用液力变矩，机组间传动变为柔性调速，与风轮的柔性变化特性相一致，同时液力调速自身具有的动态响应速度快的特性，使得液力变矩在机组传动链中起到“振动吸收器”的作用，不但减小了风电机组对电网的冲击，同时也提高了机组自身的可靠性。 机组可靠性的大幅提高，必然带来机组可利用率的有效提高。国家标准要求机组可利用率≥95%,本发明提供的发电机组可利用率超过98%。

2、电能高品质、入网效果显著。

几种机组谐波畸变率比较：

                                                 

本发明发电机组性能测试结果见下表：

根据实际测试结果说明：本发明谐波畸变率值0.5%，小于其它风电机组的

谐波畸变率。

本发明采用同步发电机直接耦合到电网，发电机与电网间无变流器，输入电网的电流波形好、谐波小，对电网无污染，新型机组可保证做到≤0.5%。 而其它机组采用变流器接入电网的风电机组，由于变流器的工作特性，仍然存在各次电流谐波中，幅值最大的5次谐波，目前仅可做到≤5%。

3、具有强大的无功功率输出能力，无需风场增设电容补偿设备。

几种机组功率因数比较：

双馈风力发电机组与本发明发电机组的功率因数比较：

比较说明本发明具有无功功率输出的能力，风场不需要增设电容补偿设备，而双馈风力发电机组必须有电容补偿才有无功功率的输出。

本发明采用的是无刷电励磁同步发电机，具有高的短路电流维持能力和强大的无功功率输出能力。在电网故障时能起到“支撑电网”的作用，同时也适合于弱电网末端等需要输出大量无功功率的地区和场合。

4、本发明在防风沙、耐低温方面，适用于西北地区气候条件。

本发明根据我国西北地区风沙大、年温差和日温差均很大、夏季气温高、冬季气温极低等特点设计的。主传动链上的齿轮箱、液力变矩、发电机等主要部件配有加热器，冷却介质经过严格过滤，机舱罩、导流罩、塔筒等与外界的通道都进行了严密的密封，可确保机舱内部洁净。

5、本发明具备完善的防护系统并增设载人电梯，人性化的设计

本发明采用了防雷系统设计，塔筒内配备有防跌落装置和完善的防护系统，随着机组单机容量的增大和塔筒高度的增加，安装维护人员上、下机舱的劳动强度及人身安全等因素，增设了载人电梯，人身安全得以保障，劳动强度减轻，工作效率提高。

6、维护费用低，使用寿命长

安装费用比同功率现有发电机组低30％，可以实现无极变速，可以隔离扭振，防止过载。平均无故障运行时间可以达到20万小时以上（超过标准规定的风力机使用寿命不低于175200小时）。成本较低、维修方便，比现有风力发电机总成本降低25％，维修费低55％，大修周期由原先的4年提高到6-8年。同时没有强烈的电磁辐射，对操作人员健康没有潜在的危险，降低了营运成本，没有了变频器的电子元器件，不需每年更换，没有了废弃电子部件和二次污染，变频器的电子元器件每年花在污染处理的费用约为该设备费用的7％左右，没有污染处理可进一步节省费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、主轴，2、主轴承，3、主齿轮箱，4、联轴器，5、液力变矩器，6、无刷同步电励磁发电机，7、机组控制柜，8、发电机控制柜，9、后机架，10、前机架。

具体实施方式

如图1所示，一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组，包括前机架10、主轴1、主齿轮箱3、无刷同步电励磁发电机6和后机架9，所述前机架10上安装有主轴1、主轴承2和主齿轮箱3，所述主齿轮箱3通过液力变矩器5与无刷同步电励磁发电机6连接；液力变矩器5一端与主齿轮箱3之间通过联轴器4连接，另一端通过法兰和无刷同步电励磁发电机6连接成一整体，原有8个底脚支撑，经过连接组合成四个底脚软联结支撑，该无刷同步电励磁发电机6直接耦合到电网。所述液力变矩器5内设有两级行星齿轮。所述后机架9上设有机组控制柜7和发电机控制柜8，机组控制柜7和发电机控制柜8用于控制发电机和机组运行情况。此外液力变矩器5、主齿轮箱3和无刷同步电励磁发电机6上设有加热器。

使用时，风力带动叶片和主轴一起转动，主轴1经过主齿轮箱3变速后，将动力输送到液力变矩器5，液力变矩器5采用两级行星齿轮驱动，利用功率分流的原理实现风力机转速恒定输入到同步发电机，保证发电机输出电压与频率的稳定，不用配装其他大功率的逆变装置，液力变矩器5与风力机同属叶片式流体机械，其输出特性可以和风力机达到良好的匹配。同步发电机从液力变矩器获得稳定的转速，输入高品质电能。液力变矩器起到能量缓存的作用，减小系统力矩的动态波动，在较宽的速度范围内获得大功率输出，通过输入输出侧的动态离合，使峰值负载荷以均衡。由于传动系统中能够临时储存能量，避开了扭转振动，吸收减缓机组的振动，可以在输入转速变动的情况下输出恒定的转速到同步发电机，免除了使用变频器连接发电机和电网，电厂所承担的大量无功负荷补偿等大幅降低，还能满足低压穿越的要求。

Claims (3)

1.一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组，包括前机架、主轴、主齿轮箱、无刷同步电励磁发电机和后机架，该后机架上设有机组控制柜和发电机控制柜，其特征在于：所述主齿轮箱（3）通过液力变矩器（5）与无刷同步电励磁发电机（6）连接, 该无刷同步电励磁发电机（6）直接耦合到电网。

2.根据权利要求1所述的一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组，其特征在于：所述液力变矩器（5）内设有两级行星齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种液力变矩无刷同步电励磁发电机组，其特征在于：所述液力变矩器（5）、主齿轮箱（3）和无刷同步电励磁发电机（6）上设有加热器。