CN110138163A - 一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，涉及交直流发电机系统技术领域。本发明包括双定子交直流发电电动机、原动机、交流双馈变频装置和交直流变频装置；所述双定子交直流发电电动机包括外定子、内定子和转子，外定子绕组经升压变压器与电网直接连接，且经励磁变压器与交流双馈变频装置电网侧直接连接；内定子绕组经交直流变频装置与直流电网连接；原动机与转子机械连接。本发明利用双定子交直流发电电动机的可调速能力，使得原动机在不同的外部条件与功率需求下工作在最优转速区，从而显著提高整个发电电动机系统的运行效率，降低对原动机的磨蚀与损害，改善机组运行特性，提高机组可靠性与使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及交直流发电机系统技术领域，尤其是涉及一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统。
背景技术
随着我国电力工业的迅速发展，可再生能源发电所占比例不断增加，电力电子装置在电力系统中日益增多，电力系统负荷峰谷比日渐扩大，电力市场化改革的逐步深入与能源互联网、交直流混合电网的发展。为了保证电力系统的稳定性，提高清洁能源消纳能力，改善电力系统电能质量，增强电力系统运行经济性，发展大容量储能技术、建设大容量储能电站是一种有效手段。在现有技术水平下，同时满足储能功率超过十兆瓦、储能容量超过百兆瓦每小时的技术指标，又具备商业运行经济性的储能技术主要包括抽水蓄能电站、安装发电电动机组的水力发电站、压缩空气储能电站与惯性储能电站。根据地理环境、电网拓扑结构、储能需求、电力市场商业模式与储能电站的综合效益预期，合理规划、建设与利用储能电站，能够显著提高可再生能源发电渗透率、提高具有大量电力电子装置的电力系统的稳定性与电能质量、通过提高可再生能源发电比例促进环境保护与大气污染治理。同时，大容量储能电站能够实现负荷削峰填谷与系统调频调相的需求，改善电力系统的运行经济性，提高电力企业的商业效益。除此之外，对于在电力市场化改革中兴起的区域综合能源供应商，特别是耗电需求大的工业区供电商，在其供电区域内配置储能电站，也具备显著的技术与经济效益。
目前常见的储能机组一般是定速同步机组。由于储能电站运行功率变化范围大、运行模式切换多、要求模式切换速度快，导致原动机（发电模式下）或负载（电动模式下）的最优运行转速与运行工况相关，部分运行工况点可能会对原动机或负载产生较严重的磨损与空蚀损害，或产生振动与噪声问题。采用可变速机组可以改善机组运行效率，提高机组运行可靠性，增加机组有效运行时长。除此之外，采用可变速机组能够提供更加灵活快速的功率调节、稳定性控制与辅助服务，提高储能电站服务质量与运行经济性。
随着电力电子技术的进步、分布式可再生能源技术的快速发展、电动汽车等直流负载的迅速增加，采用交直流混合电网技术的优势愈发凸显。直流电网作为交流电网的补充，主要电源包括与交流电网连接的换流站和直流电网所连接的可再生能源发电装置如光伏电池板。由于可再生能源发电装置与电动汽车等直流电网主要负载具有较强的不确定性与波动性，而交直流换流站使得直流电网与交流电网发生强耦合，导致直流电网的稳定性问题较为突出，装设直流电网储能装置对于保障电网的运行经济性与可靠性意义重大。然而，装设电池储能装置成本过高。
目前在储能电站中一般采用定子变频调速机组，主要包括无刷双馈电机与全功率变频同步电机。其存在以下缺点：
具有多相控制绕组的无刷双馈电机结构复杂，功率密度低，谐波含量丰富，在大容量电机中的应用具有相当的困难。全功率变频同步电机虽然能依靠全功率变频器实现功率调制，但是需要按照电机设计过载容量来选择变频器容量，在大功率领域应用时价格昂贵并且目前技术还不够成熟。定子变频调速机组仅有一个功率输出端口，无法同时实现上电路上解耦的交流与直流功率输入/输出及其控制。
或者是定转子上各一套三相绕组的变频励磁的常规双馈发电电动机组，仅有一个功率输出端口，无法通过同一台机组同时实现上电路上解耦的交流与直流功率输入/输出及其控制。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本申请提供了一种应用于储能电站的，能够同时与交流电网和直流电网实现功率交换的可调速的双定子交直流发电电动机系统，本发明的发明目的在于解决上述现有技术中的不足，本发明利用本申请的双定子交直流发电电动机的可调速能力，使得原动机在不同的外部条件与功率需求下工作在最优转速区，从而显著提高整个发电电动机系统的运行效率，降低对原动机的磨蚀与损害，改善机组运行特性，提高机组可靠性与使用寿命。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：
一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：包括双定子交直流发电电动机、原动机、交流双馈变频装置和交直流变频装置；所述双定子交直流发电电动机包括外定子、内定子和转子，所述外定子包括外定子铁芯和外定子绕组，所述外定子绕组采用三相多支路分布式绕组，所述外定子绕组经升压变压器与电网直接连接，且经励磁变压器与交流双馈变频装置电网侧直接连接；所述内定子包括内定子铁芯和内定子绕组，所述内定子绕组采用多相多支路分布式绕组，内定子绕组经交直流变频装置与直流电网连接；所述原动机与所述双定子交直流发电电动机的转子机械连接。
所述转子包括外双馈转子、隔磁层和内永磁转子，隔磁层位于外双馈转子与内永磁转子之间，所述外双馈转子包括双馈转子铁芯和双馈转子绕组，所述双馈转子绕组经转子端部的集电装置与交流双馈变频装置的电机侧直接连接。
所述内永磁转子由永磁转子铁芯和永磁体组成，所述永磁体放置在永磁转子铁芯内表面，构成表贴式永磁转子。
所述永磁体外用高矫顽力、高剩磁磁密的稀土永磁材料制成。
所述隔磁层由高强度不导磁材料制成，用于隔绝内转子与外转子的磁场。
所述交流双馈变频装置包括励磁变压器、三相交直交多电平双向变换器与转子撬棒保护装置，其中转子撬棒保护装置与所述双馈转子绕组的端口连接，用于提高转子绕组故障保护能力和发电电动机系统的低电压与高电压穿越能力。
交直流变频裝置采用高压集成门极换流晶闸管（IGCT）作为开关元件，可实现交-直变换与直-交变换的功率流动。
所述外定子绕组包含3相60°相带，每相含A1条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成一套三相分布式绕组，并联支路数A1为大于等于1的正整数。
所述外定子绕组设计为短距绕组。
所述外定子绕组设计为非常规绕组，即外定子绕组极对数P1与并联支路A1的商不是正整数；同一相带各支路的反电动势矢量相同。
所述内定子绕组包含M项，2M个相带，每项含A2条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成多相分布式绕组，其中相数M为大于等于3的整数，并联支路数A2为大于等于1的正整数。
所述外定子铁芯上开有外定子槽，所述外定子槽的槽型为开口槽以便于外定子绕组嵌线，所述外定子槽槽口采用磁性槽楔以减少气隙磁密齿谐波。
所述内定子铁芯上开有内定子槽，所述内定子槽的槽型为开口槽以便于内定子绕组嵌线，所述内定子槽槽口采用磁性槽楔以减少气隙磁密齿谐波。
还包括统一控制系统，所述统一控制系统由上层控制中枢、双馈控制模块、直流控制模块、原动机控制模块以及与各模块相配合的信息采集、数据处理、保护装置与程序共同构成。上层控制中枢根据发电电动机系统运行情况与交直流电网的需求，对交流与直流电气端口的功率流向与潮流、交流端口的无功功率、交直流电气端口输出电能质量、转子运行转速、可逆式水泵水轮机的水门开度、等电气、机械量实现统一控制。统一控制系统的指令通过转化并传递为各个子模块的控制指令，完成发电电动机系统的控制目标。所述的控制目标包括稳态与瞬态控制目标。
所述交流电气端口指外定子绕组与交流电网所连接的节点，所述直流电气端口指内定子绕组与直流电网所连接的节点。所述交流电气端口根据其有功与无功功率流向包括9种运行工况：发电进相、发电迟相、发电单位功率因数、电动进相、电动迟相、电动单位功率因数、调相进相、调相迟相、调相单位功率因数。其中发电指有功功率由发电电动机系统向交流电网传递，电动指有功功率由交流电网向发电电动机系统传递，调相指发电电动机系统与交流电网间无有功功率交换；进相指无功功率由交流电网向发电电动机系统传递，迟相指无功功率由发电电动机系统向交流电网传递，单位功率因数指发电电动机系统与交流电网不存在无功功率交换。所述交流电气端口利用其双馈特性，可实现有功与无功功率的解耦控制。所述直流电气端口包括三种运行工况：发电、电动、断开，其中断开指发电电动机系统与直流电网没有功率交换。所述交流与直流电气端口的控制相对独立，互不干扰，但需满足机械功率运行方程约束。即：
其中，Pm为原动机向转子传递机械功率，P1指交流电气端口向交流电网输送功率，P2指直流电气端口向直流电网输送功率，J为转动惯量，ω为转子电角速度。
更进一步的，由于交流电气端口所采用的双馈控制方式所具备的快速功率响应控制的能力，统一控制系统通过对机械端口、直流电气端口与交流电气端口的运行工况和运行特性的综合调控应用，可以实现整个发电电动机系统的灵活稳态与瞬态功率控制。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、在储能电站中采用可调速双定子发电电动机系统，能够利用其调速能力，使得原动机在不同的外部条件与功率需求下工作在最优转速区，从而显著提高整个发电电动机系统的运行效率，降低对原动机的磨蚀与损害，改善机组运行特性，提高机组可靠性与使用寿命。
2、可调速双定子发电电动机系统同时具有交流与直流两个电气端口，能够同时连接交流与直流电网，同时为交流电网与直流电网提供大容量储能服务，从而提高了储能容量的利用率与集成度。同时实现交直流电网在能量传递角度的连接与电气角度的解耦，既保证了交直流电网安全与可靠互联，又避免了交直流电网因直接电气连接导致的故障与扰动的相互影响。
3、可调速双定子发电电动机系统利用势能、旋转动能等物理储能方式，通过机械旋转元件实现机电能量转换，能够为交直流电网提供惯性阻尼，从而改善对交直流电力系统特别是对直流电力系统的稳定性支撑。
4、可调速双定子发电电动机系统的能够利用对交流端口与直流端口能量流动与潮流的协同控制，利用大电网、储能电站、直流电网的能量协同，使发电电动机系统具有更多的丰富的运行工况组合。不仅增强了发电电动机系统的灵活性，改善了交直流电力系统的稳定性和坚强性，也能提高了储能电站的运行经济性特别是在电力市场环境下的运行经济性，并提高了可再生能源发电的消纳能力。
5、连接外定子绕组与外双馈转子绕组的交流双馈变频装置能够通过容量较小的变频控制系统实现发电电动机在一定转差范围内的变速运行，从而降低变频控制系统的容量需求（其容量需求为smaxP1max/cos(φ)，其中为smax最大转差，为P1max外定子绕组的最大功率，cos(φ)为该功率对应的最小功率因数），使得现有成熟变频控制系统制造技术能够满足百兆瓦级大功率可调速发电电动机系统的需求，提高发电电动机系统的经济性与可行性。
附图说明
图1是本发明提供的可调速双定子交直流发电电动机系统的原理框图；
图2是本发明实施例提供的可调速双定子交直流发电电动机系统的模块结构示意图；
图3是本发明实施例提供的可调速双定子交直流发电电动机外定子示意图；
图4是本发明实施例提供的可调速双定子交直流发电电动机转子示意图；
图5是本发明实施例提供的可调速双定子交直流发电电动机内定子示意图；
图6是本发明实施例提供的转子六相双馈可变速发电电动机的截面示意图；
附图标记：1、双定子交直流发电电动机，2、交流双馈变频装置，3、励磁变压器，4、转子绕组撬棒保护装置，5、交直流变频装置，6、直流电网，7、升压变压器，8、交流电网，9、原动机，10、统一控制系统，1-1、外定子，1-2、转子，1-3、内定子，2-1、电机侧滤波器，2-2、多电平交直交变频器，2-3电网侧滤波器，2-2-1、电机侧变换器，2-2-2、多电平直流母线，2-2-3、电网侧变换器，1-1-1、外定子铁芯，1-1-2、外定子槽，1-2-1、外双馈转子，1-2-1-1、外双馈转子槽，1-2-1-2、外双馈转子铁芯，1-2-2、隔磁层，1-2-3、内永磁转子，1-2-3-1、内永磁转子铁芯，1-2-3-2、永磁体，1-3-1、内定子铁芯，1-3-2、内定子槽,5-1、交直变换器，5-2、直流母线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1-6，本实施例提供了一台应用于抽水蓄能电站的可调速双定子交直流发电电动机系统。图1示出了本发明实施例提供的可调速双定子发电电动机系统的电气系统原理框图，详述如下：
应用于抽水蓄能电站的双定子交直流发电电动机系统包括一台双定子交直流发电电动机1，交流双馈变频装置2，励磁变压器3，转子绕组撬棒保护装置4，交直流变频装置5及其所连接的直流电网6，升压变压器7及其所连接的交流电网8，作为原动机9的可逆式水泵水轮机，以及统一控制系统10。其中，双定子交直流发电电动机1包括由外定子铁芯1-1-1与外定子绕组组成的外定子1-1，由外双馈转子1-2-1、转子隔磁层1-2-2、内永磁转子1-2-3构成的转子1-2，由内定子铁芯1-3-1与内定子绕组组成的内定子1-3。交流双馈变频装置2由电机侧滤波器2-1，多电平交直交变频器2-2以及电网侧滤波器2-3组成。统一控制系统5包括通信与信息处理、状态监测与故障保护、联合运行调控与能量管理、经济运行控制等模块构成。
现结合具体实施例说明如下：
本具体实施例说明了一个额定功率3.2MW，额定功率因数0.9的双馈可变速发电电动机系统。抽水蓄能电站使用的发电电动机系统的功率可能远大于本实施例所陈述的发电电动机系统，但均可基于本实施例所涉及的发明的原理予以设计。
如图2所示的一台可调速双定子交直流发电电动机系统，在不同工况下分别作为原动机9、负载与调相旋转元件的原动机装置采用可逆式水泵水轮机。双定子交直流发电电动机1包括外定子1-1，转子1-2与内定子1-3。外定子绕组经升压变压器7直接与交流电网8连接。转子1-2从径向由外到内包括三部分：外双馈转子1-2-1，隔磁层1-2-2与内永磁转子1-2-3，三部分通过机械结构连接。外双馈转子绕组端口经交流双馈变频装置2、励磁变压器3与外定子绕组端口（升压变压器低压侧）连接。交流双馈变频装置2由电机侧滤波器2-1、电机侧变换器2-2-1、多电平直流母线2-2-2、电网侧变换器2-2-3、电网侧滤波器2-3。内永磁转子采用表贴式转子结构。内定子绕组经交直流变频装置5与直流电网6连接。交直流变频装置5由交直变换器5-1与直流母线5-2构成，其中交直变换器5-1同时具备变压与变频的能力。可逆式水泵水轮机、交流双馈变频装置2、转子撬棒保护装置4与交直流变频装置5由统一控制系统10统一调控。
如图2所示的一台可调速双定子交直流发电电动机1包括外定子1-1，转子1-2，内定子1-3。其中外定子如图3所示，转子如图4所示，内定子如图5所示，电机截面示意图如图6所示。
如图3所示的外定子1-1由外定子铁芯1-1-1与外定子槽1-1-2构成。外定子铁芯1-1-1采用硅钢片叠片制成，外定子槽1-1-2采用平行槽、开口槽结构便于外定子绕组嵌线，磁性槽楔放置在外定子槽的槽口用于固定外定子绕组并减少气隙磁密齿谐波分量。外定子绕组使用成型线圈制成，采用双层短距分布式叠绕组的结构。外定子槽数为108槽，外定子绕组为三相60°相带分布式叠绕组，每槽导体数为2，并联支路数为3，外定子绕组短距比为15/18。
如图4所示的转子由外双馈转子槽1-2-1-1、外双馈转子铁芯1-2-1-2、隔磁层1-2-2、内永磁转子铁芯1-2-3-1、内永磁转子表贴式永磁体1-2-3-2组成。其中，外双馈转子铁芯1-2-1-2与内永磁转子铁芯1-2-3-1均采用硅钢片在制成的隔磁层两侧叠片制造而成。外双馈转子槽1-2-1-1采用平行槽、开口槽结构便于转子绕组嵌线，磁性槽楔放置在外双馈转子槽的槽口用于固定转子绕组并减少气隙磁密齿谐波分量。转子绕组使用成型线圈制成，采用双层短距分布式叠绕组结构。外双馈转子槽数为126槽，转子绕组为三相60°相带分布式叠绕组，每槽导体数为2，并联支路数为1，转子绕组节距比为18/21。隔磁层1-2-2采用高强度不导磁材料制成，同时用于作为外双馈转子铁芯1-2-1-2与内永磁转子铁芯1-2-3-1叠片的基座。永磁体1-2-3-2均匀的固定在内永磁转子铁芯1-2-3-1的表面，形成表贴式永磁转子。永磁体块数为24块，根据永磁体面向内定子的磁极方向交替的使用N极与S极永磁体构成12对极的表贴式永磁转子。表贴式永磁体采用径向充磁方式，但也可以采用平行充磁方式。永磁体可以混合使用捆扎、粘接等多种方式固定在内永磁转子铁芯表面。
如图5所示的内定子1-3由内定子铁芯1-3-1与内定子槽1-3-2构成。内定子铁芯1-3-1采用硅钢片叠片制成，内定子槽1-3-2采用平行槽、开口槽结构便于内定子绕组嵌线。内定子绕组使用成型线圈制成。内定子槽数为72槽，内定子绕组为三相60°相带分布式叠绕组，每槽导体数为2，并联支路数为1，在本例中采用整距绕组。
如图6所示的电机截面图由外定子1-1、内定子1-2与转子1-3构成，所述双定子交直流发电电动机是双气隙电机。
本实施例只是本发明的一个实例，在不同类型的储能电站中，根据不同的设计需求与运行需求，设计人员将对设计参数做出更改以满足相应工程条件的要求。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-6，本实施例公开了：
本实施例提供的可调速双定子交直流发电电动机系统，包括双定子交直流发电电动机1、原动机装置、交流双馈变频装置2、交直流变频装置5以及统一控制系统10。
本实施例提供的双定子交直流发电电动机1，包括外定子1-1、内定子1-3与转子1-2。所述外定子1-1由外定子铁芯1-1-1与外定子绕组构成，所述外定子铁芯上开有外定子槽1-1-2，所述外定子槽1-1-2的槽型为开口槽以便于外定子绕组嵌线，所述外定子槽1-1-2槽口采用磁性槽楔以减少气隙磁密齿谐波。所述外定子绕组采用三相多支路分布式绕组，包含3相、6个相带，每相含a1条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成1套三相分布式绕组，并联支路数a1为大于等于1的正整数。并联支路数a1根据对电磁负荷与经济性的综合考虑选定。所述三相分布式绕组可以设计为短距绕组，也可以设计为非常规绕组（外定子绕组极对数p1与并联支路数a1的商不是正整数），若设计为非常规绕组，同一相带各支路反电动势矢量应一致以避免环流。所述外定子绕组分别经升压变压器与电网直接连接，经励磁变压器与交流双馈变频装置电网侧直接连接。
所述内定子1-3由内定子铁芯1-3-1与内定子绕组构成，所述内定子铁芯1-3-1上开有内定子槽1-3-2，所述内定子槽1-3-2的槽型为开口槽以便于内定子绕组嵌线，所述内定子槽1-3-2槽口采用磁性槽楔以减少气隙磁密齿谐波。所述内定子绕组采用多相多支路分布式绕组，包含M相，2M个相带，每相含a2条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成多相分布式绕组。其中相数M为大于等于3的整数，并联支路数A2为大于等于1的正整数。相数M可以在满足条件的整数范围内任意选取，但为便于绕组设计制造与所述交直流变频装置的选型，一般应选取3及3的整数倍。并联支路数A2根据对电磁负荷与经济性的综合考虑选定。所述内定子绕组设计为短距绕组，经交直流变频装置与直流电网连接。
所述转子1-2由外双馈转子1-2-1，隔磁层1-2-2，内永磁转子1-2-3构成。所述外双馈转子1-2-1由双馈转子铁芯1-2-1-2与双馈转子绕组构成。所述双馈转子铁芯1-2-1-2上开有外双馈转子槽1-2-1-1，所述外双馈转子槽1-2-1-1的槽型为开口槽以方便转子绕组嵌线，所述外双馈转子槽1-2-1-1采用磁性槽楔以减小气隙磁密谐波。所述转子绕组采用三相分布式绕组，包含3相，6个相带，并联支路数a2为大于等于1的正整数。所述转子绕组应设计为短距绕组。所述转子绕组经转子端部的集电装置与交流双馈变频装置的电机侧直接连接。
所述内永磁转子1-2-3由永磁转子铁芯1-2-3-1与永磁体1-2-3-2组成，所述永磁体1-2-3-2放置在内永磁转子铁芯1-2-3-1内表面，构成表贴式永磁转子。所述永磁体1-2-3-2采用高矫顽力、高剩磁磁密的稀土永磁材料制成。
所述隔磁层1-2-2由高强度不导磁材料制成，用于隔绝内永磁转子1-2-3与外双馈转子1-2-1的磁场。
所述原动机装置包括原动机9及其控制系统，所述原动机9与所述双定子交直流发电电动机1转子1-2机械连接，所示原动机控制系统作为统一控制系统10的一部分，通过控制原动机9功率特性调节发电电动机系统功率与响应特性。所述原动机9具有可逆式运行能力，即作为可以作为原动机驱动发电电动机或作为负载受原动机驱动。例如，在抽水蓄能电站中，所述原动机为可逆式水泵水轮机，在压缩空气储能电站中，所述原动机为可逆式压缩泵，在飞轮储能电站中，所述原动机为飞轮系统。
所述交流双馈变频装置2包括励磁变压器4、多电平交直交变频器2-2与转子撬棒保护装置4，其中转子撬棒保护装置4与所述双馈转子绕组的端口连接，用于提高转子绕组故障保护能力和发电电动机系统的低电压与高电压穿越能力。
所述交直流变频装置5提供双向功率流向能力，即其交直流变频裝置采用高压集成门极换流晶闸管（IGCT）作为开关元件，可实现交-直变换与直-交变换的功率流动。
所述统一控制系统10由上层控制中枢、双馈控制模块、直流控制模块、原动机控制模块以及与各模块相配合的信息采集、数据处理、保护等装置与程序共同构成。上层控制中枢根据发电电动机系统运行情况与交直流电网的需求，对交流与直流电气端口的功率流向与潮流、交流端口的无功功率、交直流电气端口输出电能质量、转子运行转速、可逆式水泵水轮机的水门开度、等电气、机械量实现统一控制。统一控制系统的指令通过转化并传递为各个子模块的控制指令，完成发电电动机系统的控制目标。所述的控制目标包括稳态与瞬态控制目标。
所述交流电气端口指外定子绕组与交流电网所连接的节点，所述直流电气端口指内定子绕组与直流电网所连接的节点。所述交流电气端口根据其有功与无功功率流向包括9种运行工况：发电进相、发电迟相、发电单位功率因数、电动进相、电动迟相、电动单位功率因数、调相进相、调相迟相、调相单位功率因数。其中发电指有功功率由发电电动机系统向交流电网传递，电动指有功功率由交流电网向发电电动机系统传递，调相指发电电动机系统与交流电网间无有功功率交换；进相指无功功率由交流电网向发电电动机系统传递，迟相指无功功率由发电电动机系统向交流电网传递，单位功率因数指发电电动机系统与交流电网不存在无功功率交换。所述交流电气端口利用其双馈特性，可实现有功与无功功率的解耦控制。所述直流电气端口包括三种运行工况：发电、电动、断开，其中断开指发电电动机系统与直流电网没有功率交换。所述交流与直流电气端口的控制相对独立，互不干扰，但需满足机械功率运行方程约束。即：
其中，Pm为原动机向转子传递机械功率，P1指交流电气端口向交流电网输送功率，P2指直流电气端口向直流电网输送功率，J为转动惯量，ω为转子电角速度。
更进一步的，由于交流电气端口所采用的双馈控制方式所具备的快速功率响应控制的能力，统一控制系统通过对机械端口、直流电气端口与交流电气端口的运行工况和运行特性的综合调控应用，可以实现整个发电电动机系统的灵活稳态与瞬态功率控制。
上述实施例只是本发明的列举出的部分实例，在不同类型的储能电站中，根据不同的设计需求与运行需求，设计人员将对设计参数做出更改以满足相应工程条件的要求。
Claims (10)
1.一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：包括双定子交直流发电电动机（1）、原动机（9）、交流双馈变频装置（2）和交直流变频装置（5）；所述双定子交直流发电电动机（1）包括外定子（1-1）、内定子（1-3）和转子（1-2），所述外定子（1-1）包括外定子铁芯（1-1-1）和外定子绕组，所述外定子绕组采用三相多支路分布式绕组，所述外定子绕组经升压变压器（7）与交流电网（8）直接连接，且经励磁变压器（3）与交流双馈变频装置（2）电网侧直接连接；所述内定子（1-3）包括内定子铁芯（1-3-1）和内定子绕组，所述内定子绕组采用多相多支路分布式绕组，内定子绕组经交直流变频装置（5）与直流电网（6）连接；所述原动机（9）与所述双定子交直流发电电动机（1）的转子（1-2）机械连接。
2.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述转子（1-2）包括外双馈转子（1-2-1）、隔磁层（1-2-2）和内永磁转子（1-2-3），隔磁层（1-2-2）位于外双馈转子（1-2-1）与内永磁转子（1-2-3）之间，所述外双馈转子（1-2-1）包括外双馈转子铁芯（1-2-1-2）和外双馈转子绕组，所述外双馈转子绕组经转子端部的集电装置与交流双馈变频装置（2）的电机侧直接连接。
3.如权利要求2所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述内永磁转子（1-2-3）由内永磁转子铁芯（1-2-3-1）和永磁体（1-2-3-2）组成，所述永磁体（1-2-3-2）放置在内永磁转子铁芯（1-2-3-1）内表面，构成表贴式永磁转子。
4.如权利要求3所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述永磁体（1-2-3-2）采用高矫顽力、高剩磁磁密的稀土永磁材料制成。
5.如权利要求2-4任意一项所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述隔磁层（1-2-2）由高强度不导磁材料制成，用于隔绝内永磁转子（1-2-3）与外双馈转子（1-2-1）之间的磁场。
6.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述交流双馈变频装置（2）包括励磁变压器（3）、三相交直交多电平双向变换器与转子撬棒保护装置（4），其中转子撬棒保护装置（4）与所述外双馈转子绕组的端口连接，用于提高转子绕组故障保护能力和发电电动机系统的低电压与高电压穿越能力。
7.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：交直流变频裝置（5）采用高压集成门极换流晶闸管作为开关元件，可实现交-直变换与直-交变换的功率流动。
8.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述外定子绕组包含3相60°相带，每相含A1条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成一套三相分布式绕组，并联支路数A1为大于等于1的正整数。
9.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述内定子绕组包含M项，2M个相带，每项含A2条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成多相分布式绕组，其中相数M为大于等于3的整数，并联支路数A2为大于等于1的正整数。
10.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述外定子铁芯（1-1-1）上开有外定子槽（1-1-2），所述外定子槽（1-1-2）的槽型为开口槽以便于外定子绕组嵌线，所述外定子槽（1-1-2）槽口采用磁性槽楔；所述内定子铁芯（1-3-1）上开有内定子槽（1-3-2），所述内定子槽（1-3-2）的槽型为开口槽以便于内定子绕组嵌线，所述内定子槽（1-3-2）槽口采用磁性槽楔。
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