CN113048021B - 风力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电系统，包括：风力发电机，所述风力发电机包括沿圆周分布的至少一个定子单元，每个定子单元包括沿圆周分布的至少一个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的至少一个定子齿，每个定子齿上绕设有至少两个线圈；以及至少两个功率转换电路，每个功率转换电路的相数相同，功率转换电路用于对风力发电机输出电能的频率进行转换；属于同一个定子齿组的每个定子齿上绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接，同一个功率转换电路的不同相之间连接的线圈总数一致。本发明能够避免因不平衡导致的电机振动、对电网的谐波冲击以及涡流损耗的激增、转矩波动、提高容错运行时风力发电机的效率、降低短路情况下永磁体退磁的风险。

Description

风力发电系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电系统。
背景技术
高可靠、维护友好型风力发电机组是风电行业持之以恒的话题，其对于环境恶劣、可达性差的海上风电尤为重要，可以显著地降低运维成本，同时增加发电量。根据统计数据显示，变流器故障是风机的主要故障原因之一，该类故障导致的停机时间占比达，是制约风电机组可用率的关键音素。
冗余和容错是提升风电机组可靠性的两类方法。通过增设备份变流器可以有效减少因变流器故障导致的停机次数和时间，但是存在变流器的成本增加、机组重量增加、机舱或塔底所需体积增加等缺点。对于度电成本极为敏感的风电应用，冗余变流器方案并不是一个优选项。另一方面，通过构建合适的发电机/变流器拓扑，使得发电系统具备容错运行功能，则是可行性较强的技术方案。当多个变流器中的某一个发生故障时，将与其相连的发电机绕组切除，而其余发电机绕组继续保持工作，则发电机仍然能够以“降低功率或损失部分性能”的形态继续发电，大大减小了变流器失效带来的风险损失。然而，容错型发电机/变流器拓扑设计面临着多重挑战，其主要难点之一在于兼顾正常运行与容错运行时的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种风力发电系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种风力发电系统，包括：
风力发电机，所述风力发电机包括沿圆周分布的至少一个定子单元，每个定子单元包括沿圆周分布的至少一个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的至少一个定子齿，每个定子齿上绕设有至少两个线圈；
以及至少两个功率转换电路，每个功率转换电路的相数相同，所述功率转换电路用于对所述风力发电机输出电能的频率进行转换；
其中，属于同一个定子齿组的每个定子齿上绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接，同一个功率转换电路的不同相之间连接的线圈总数一致。
可选地，不同功率转换电路连接的线圈总数相同或不同。
可选地，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设有相同数量的线圈。
可选地，属于一个定子单元的不同的定子齿组中绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量相同或者不同。
可选地，在不同定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿组包含的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
可选地，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量相同。
可选地，属于同一个定子齿组的不同定子齿上相同位置绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系相同。
可选地，在整个电机圆周内定子齿上绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系至少存在两个重复周期。
可选地，至少存在有两个定子单元，所述两个定子单元内沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上，相同位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
可选地，目标定子单元中每个定子齿上第一个位置绕设的线圈与后一个定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上最后一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，目标定子单元中每个定子齿上其余每个位置绕设的线圈和后一个定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上对应的前一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，其中，所述目标定子单元为所述风力发电机中沿圆周方向依次排序的所有定子单元中的任意一个定子单元。
可选地，属于同一个定子齿组的不同定子齿上相同位置绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系不同。
可选地，在一个定子齿组内，沿圆周方向依次排序的定子齿，每个定子齿上第一个位置绕设的线圈和后一个定子齿上最后一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，每个定子齿上其余每个位置绕设的线圈和后一个定子齿上对应的前一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接。
可选地，若定子槽内的线圈沿径向依次分布，则距离定子槽的槽顶最近的位置为第一个位置，距离定子槽的槽顶最远的位置为最后一个位置；
可选地，若定子槽内的线圈沿周向依次分布，则距离定子齿最近的位置为第一个位置，距离定子齿最远的位置为最后一个位置。
可选地，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量不同。
可选地，属于同一定子齿组的定子齿上绕设有至少两种不同数量的线圈。
可选地，属于同一定子齿上的k个线圈分别与k个功率转换电路的同一相连接，其中，k为大于等于2的整数。
可选地，一个定子单元内存在至少两个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。
可选地，在一个定子单元中，第一定子齿上同一位置绕设的线圈与同一功率转换电路相连，其中，第一定子齿为绕设线圈数最多的定子齿。
可选地，在不同定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿上同一位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相相连。
可选地，不同定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿上至少有两个位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
可选地，至少存在有两个定子单元，所述两个定子单元中除第一定子齿外，其余的沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上绕设的线圈与所述功率转换电路各相的连接关系不同。
可选地，每个定子单元包括相同数量的定子齿组，和/或，每个定子齿组包括相同数量的定子齿。
可选地，定子槽内的线圈沿径向依次分布或沿周向依次分布。
可选地，所述风力发电机还包括转子，每个定子单元包含的x个定子齿组共有n个定子齿与所述转子上的m个永磁体相对应，其中，x、n和m均为正整数且n＜m，且所述永磁体的极距τ与定子槽的槽距相同，各定子齿组之间的距离相等，均为(m-n)*τ/x。
可选地，所述风力发电机的绕组采用分布式绕组或集中式绕组。
本发明的积极进步效果在于：
(1)至少两个功率转换电路互为冗余，在其中一个功率转换电路或者与功率转换电路某一相或多相连接的线圈出现故障时，可以切除对应的功率转换电路，剩余功率转换电路以及其连接的绕组正常工作，可以继续输出功率。
(2)由于同一个功率转换电路的不同相之间连接的线圈总数一致，因此当功率转换电路某一相或多相连接的线圈出现故障时，剩余的所有线圈相间仍然保持平衡，相较于传统的方式，电枢磁场产生的谐波分量减少甚至降低，避免了因不平衡导致的电机振动、对电网的谐波冲击以及涡流损耗的激增、转矩波动，同时提高了容错运行时风力发电机的效率。
(3)由于属于同一个定子齿组的每个定子齿上绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接，相较于传统线圈分布形式，相间互感更大，可以抑制由于故障引起的电流突增，显著降低了故障情况下永磁体退磁的风险。
(4)由于每个定子齿上绕设有至少两个线圈，分担了传统单个线圈的匝数，反电动势小，绝缘所承受的电压小，可以有效延长绝缘使用寿命。可以采用低绝缘等级的更薄的绝缘，提供更多槽内空间给导体以产生更大的转矩；另一方面，绝缘热阻的降低使得绕组上的热量更容易传递至定子铁芯，因此同时降低了绕组的温升。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种风力发电系统的电路拓扑结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的一种线圈沿径向分布的示意图。
图3为本发明实施例1提供的一种线圈沿周向分布的示意图。
图4为本发明实施例1提供的一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图5为本发明实施例1提供的一种整数槽单层分布式绕组的示意图。
图6为本发明实施例2提供的一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图7为本发明实施例2提供的一种第二定子单元的线圈分布方式的示意图。
图8为本发明实施例2提供的一种第三定子单元的线圈分布方式的示意图。
图9为本发明实施例2提供的另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图10为本发明实施例2提供的另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图11为本发明实施例2提供的又一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图12为本发明实施例3提供的一种第一定子单元和第二定子单元的线圈分布方式的示意图。
图13为本发明实施例3提供的一种第三定子单元和第四定子单元的线圈分布方式的示意图。
图14为本发明实施例3提供的一种第五定子单元和第六定子单元的线圈分布方式的示意图。
图15为本发明实施例3提供的另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图16为本发明实施例3提供的另一种第二定子单元的线圈分布方式的示意图。
图17为本发明实施例3提供的另一种第三定子单元的线圈分布方式的示意图。
图18为本发明实施例3提供的另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
图19为本发明实施例3提供的又一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种风力发电系统，包括风力发电机以及至少两个功率转换电路，每个功率转换电路的相数相同，风力发电机与每个功率转换电路连接。其中，所述功率转换电路用于接收风力发电机输出的电能，并进行频率转换输出。其中，至少两个功率转换电路互为冗余，在其中一个功率转换电路或者与功率转换电路某相连接的线圈出现故障时，可以切除对应的功率转换电路，剩余功率转换电路正常工作，可以继续输出功率。
图1是用于示出一种风力发电系统的电路拓扑结构示意图。如图1所示的风力发电系统包括三个功率转换电路，具体为功率转换电路1、功率转换电路2和功率转换电路3。功率转换电路1包括A1相、B1相和C1相，功率转换电路2包括A2相、B2相和C2相，功率转换电路3包括A3相、B3相和C3相。每个功率转换电路均包括机侧变流器和网侧变流器，其中，机侧变流器包括整流器，用于将风力发电机输出的交流电转换为直流电。网侧变流器包括逆变器，用于将直流电转换为工频交流电以用于并网。
本实施例提供的风力发电系统中，风力发电机包括沿圆周分布的至少一个定子单元，每个定子单元包括沿圆周分布的至少一个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的至少一个定子齿，每个定子齿上绕设有至少两个线圈。其中，属于同一个定子齿组的每个定子齿上绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接，同一个功率转换电路的不同相之间连接的线圈总数一致。
需要说明的是，本实施例中定子齿上与同一功率转换电路同一相连接的线圈属于一个线圈。例如一个定子齿上绕设的线圈分别与功率转换电路1的A相以及功率转换电路2的A相连接，说明该定子齿上绕设有两个线圈。一个定子齿上绕设的线圈分别与功率转换电路1的B相、功率转换电路2的B相以及功率转换电路3的B相连接，说明该定子齿上绕设有三个线圈。
在可选的一种实施方式中，不同功率转换电路连接的线圈总数相同。
在可选的另一种实施方式中，不同功率转换电路连接的线圈总数不同。
在可选的一种实施方式中，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设有相同数量的线圈。
在可选的一种实施方式中，属于一个定子单元的不同的定子齿组中绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量相同。
在可选的另一种实施方式中，属于一个定子单元的不同的定子齿组中绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量不同。
在可选的一种实施方式中，在不同定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿组包含的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
在可选的一种实施方式中，每个定子单元包括相同数量的定子齿组。
在可选的一种实施方式中，每个定子齿组包括相同数量的定子齿。
在可选的一种实施方式中，定子槽内的线圈可以沿径向分布，如图2所示。在可选的另一种实施方式中，定子槽内的线圈也可以沿周向分布，如图3所示。
其中，同一定子齿上绕设的线圈之间电气隔离，互不相连。整个风力发电机的线圈形成n套m相绕组，分别对应连接到n个功率转换电路的m个相。
在可选的一种实施方式中，所述风力发电机的绕组采用分布式绕组或集中式绕组。
其中，图4用于示出一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。在如图4所示的第一定子单元中，定子齿上的线圈绕组方式均为集中式绕组，也即定子齿上绕设线圈的跨距为1。
图5用于示出一种整数槽单层分布式绕组的示意图。在如图5所示的例子中，风力发电系统包括18极54槽的三相风力发电机以及6个功率转换电路，每个功率转换电路能输出3相电流。每个功率转换电路输出的三相电流以A、B、C表示，A1、B1、C1分别表示功率转换电路1的A相、B相、C相，A2、B2、C2分别表示功率转换电路2的A相、B相、C相，A3、B3、C3分别表示功率转换电路3的A相、B相、C相，A4、B4、C4分别表示功率转换电路4的A相、B相、C相，A5、B5、C5分别表示功率转换电路5的A相、B相、C相，A6、B6、C6分别表示功率转换电路6的A相、B相、C相。风力发电机包括沿圆周分布的3个定子单元，每个定子单元包括沿圆周分布的3个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的6个定子齿。采用单层分布绕组，每个定子槽内的2个线圈分别与2个功率转换电路的同一相连接。
在定子齿组中相邻定子齿的同一个位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接的情况下，若定子齿组中所有定子齿上与相同功率转换电路的同一相连接的线圈进行串联，则会导致绕组系数减小，进一步会导致转矩损失。为了解决上述技术问题，在可选的一种实施方式中，所述风力发电机还包括转子，每个定子单元包含的x个定子齿组共有n个定子齿与所述转子上的m个永磁体相对应，其中，x、n和m均为正整数且n＜m，且所述永磁体的极距τ与定子槽的槽距相同，各定子齿组之间的距离相等，均为(m-n)*τ/x。在具体实施中，上述风力发电机为永磁同步电机。
在如图4所示的例子中，风力发电系统包括60极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路，每个功率转换电路能输出3相电流。对于第一定子单元而言，3个定子齿组共有9个定子齿与转子上的10个永磁体相对应，每个永磁体的极距τ与定子槽的槽距相同，各定子齿组之间的距离相等，均为τ/3。本例子中，x＝3，m＝10，n＝9。
本实施例中，通过采用槽距与极距相同的方式，使得每个线圈所交链的永磁体磁链最大，且不会造成空间的浪费，并且，使得与相同功率转换电路的相同相例如A1连接的每个线圈产生的反电动势相位几乎一致，同样在线圈串联的情况下，反电动势的损失可以忽略不计，从而提升了绕组系数，避免了转矩损失。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例还提供一种风力发电系统，与实施例1的区别在于：属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量相同。
在可选的一种实施方式中，属于同一个定子齿组的不同定子齿上相同位置绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系相同。
本实施方式中，当同一个定子齿组内不同定子齿上的线圈采用串联连接时，由于与同一个功率转换电路连接的线圈处于同一径向位置，因此这些定子齿组内的线圈连接后不会产生交叠，且线圈之间连线较短、空间分布较为简洁。此外，当线圈采用端头焊接工艺时，端部操作空间大、操作顺序限制少、整体操作效率高。
在一个具体的例子中，风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路，每个功率转换电路能输出3相电流。每个功率转换电路输出的三相电流以A、B、C表示，A1、B1、C1分别表示功率转换电路1的A相、B相、C相，A2、B2、C2分别表示功率转换电路2的A相、B相、C相，A3、B3、C3分别表示功率转换电路3的A相、B相、C相。风力发电机包括沿圆周分布的6个定子单元，分别为第一定子单元、第二定子单元、第三定子单元、第四定子单元、第五定子单元以及第六定子单元。
图6是用于示出一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。如图6所示，第一定子单元包括3个定子齿组。每个定子齿组包括沿圆周分布的3个定子齿。采用双层集中绕组，每个定子齿上绕设有3个线圈。
属于同一个定子齿组的3个定子齿上绕设的线圈均与3个功率转换电路连接，且属于同一个定子齿组的3个定子齿上相同位置绕设的线圈与3个功率转换电路各相之间的连接关系相同，具体地：属于定子齿组1的定子齿1、2和3上，位置1绕设的线圈均与功率转换电路1的A相连接，位置2绕设的线圈均与功率转换电路2的A相连接，位置3绕设的线圈均与功率转换电路3的A相连接。属于定子齿组2的定子齿4、5和6上，位置1绕设的线圈均与功率转换电路1的B相连接，位置2绕设的线圈均与功率转换电路2的B相连接，位置3绕设的线圈均与功率转换电路3的B相连接。属于定子齿组3的定子齿7、8和9上，位置1绕设的线圈均与功率转换电路1的C相连接，位置2绕设的线圈均与功率转换电路2的C相连接，位置3绕设的线圈均与功率转换电路3的C相连接。
在可选的一种实施方式中，在整个电机圆周内定子齿上绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系至少存在两个重复周期。在上述风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路的例子中，第四定子单元与第一定子单元一致，第二定子单元与第五定子单元一致，第六定子单元与第三定子单元一致。
在可选的一种实施方式中，至少存在有两个定子单元，所述两个定子单元内沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上，相同位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
在上述风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路的例子的基础上，图7是用于示出一种第二定子单元的线圈分布方式的示意图。如图7所示的第二定子单元与图6所示的第一定子单元的区别在于：对于第二定子单元，定子齿组1、2和3中，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路2的A相、B相和C相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路3的A相、B相和C相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路1的A相、B相和C相连接。对比第二定子单元和第一定子单元内沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿1上，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路2和1的A相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路3和2的A相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路1和3的A相连接。
图8是用于示出一种第三定子单元的线圈分布方式的示意图。如图8所示的第三定子单元与图6所示的第一定子单元的区别在于：对于第三定子单元，定子齿组1、2和3中，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路3的A相、B相和C相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路1的A相、B相和C相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路2的A相、B相和C相连接。对比第三定子单元和第一定子单元内沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿1上，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路3和1的A相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路1和2的A相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路2和3的A相连接。
在可选的一种实施方式中，目标定子单元中每个定子齿上第一个位置绕设的线圈与后一个定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上最后一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，目标定子单元中每个定子齿上其余每个位置绕设的线圈和后一个定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上对应的前一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，其中，所述目标定子单元为所述风力发电机中沿圆周方向依次排序的所有定子单元中的任意一个定子单元。
在可选的一种实施方式中，若定子槽内的线圈沿径向依次分布，则距离定子槽的槽顶最近的位置为第一个位置，距离定子槽的槽顶最远的位置为最后一个位置。在可选的另一种实施方式中，若定子槽内的线圈沿周向依次分布，则距离定子齿最近的位置为第一个位置，距离定子齿最远的位置为最后一个位置。
在上述风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路的例子的基础上，第一定子单元、第二定子单元、第三定子单元、第四定子单元、第五定子单元、第六定子单元沿圆周方向依次排序。假设图6所示的第一定子单元为目标定子单元。第一定子单元中定子齿1上位置1绕设的线圈与第二定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿1上最后一个位置即位置3绕设的线圈均与功率转换电路1的A相连接。第一定子单元中定子齿1上位置2绕设的线圈和第二定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿1上前一个位置即位置1绕设的线圈均与功率转换电路2的A相连接。第一定子单元中定子齿1上位置3绕设的线圈和第二定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿1上前一个位置即位置2绕设的线圈均与功率转换电路3的A相连接。
在可选的一种实施方式中，属于同一个定子齿组的不同定子齿上相同位置绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系不同。
在上述风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路的例子的基础上，图9是用于示出另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。如图9所示，属于同一个定子齿组的3个定子齿上相同位置绕设的线圈与3个功率转换电路各相之间的连接关系不同，具体地：属于定子齿组1的定子齿1、2和3上，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路1、2和3的A相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路1、2和3的A相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路2、3和1的A相连接。
在图9所示的例子中，一个定子齿上有两个线圈均与同一功率转换电路的同一相连接，可以保证这两个线圈是相同相位的，相较于连续三个定子齿上的与同一功率转换电路同一相连接的线圈串联，提高了绕组系数，进而提高了转矩。同时，也为风力发电机串并联提供了更多的选择空间。
在另一个具体的例子中，风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及9个功率转换电路，每个功率转换电路能输出3相电流。每个功率转换电路输出的三相电流以A、B、C表示，A1、B1、C1分别表示功率转换电路1的A相、B相、C相，A2、B2、C2分别表示功率转换电路2的A相、B相、C相，A3、B3、C3分别表示功率转换电路3的A相、B相、C相，A4、B4、C4分别表示功率转换电路4的A相、B相、C相，A5、B5、C5分别表示功率转换电路5的A相、B相、C相，A6、B6、C6分别表示功率转换电路6的A相、B相、C相，A7、B7、C7分别表示功率转换电路7的A相、B相、C相，A8、B8、C8分别表示功率转换电路8的A相、B相、C相，A9、B9、C9分别表示功率转换电路9的A相、B相、C相。风力发电机包括沿圆周分布的6个定子单元，分别为第一定子单元、第二定子单元、第三定子单元、第四定子单元、第五定子单元以及第六定子单元。
图10是用于示出一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。如图10所示，属于同一个定子齿组的3个定子齿上相同位置绕设的线圈与3个功率转换电路各相之间的连接关系不同，具体地：属于定子齿组1的定子齿1、2和3上，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路1、4和5的A相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路2、5和8的A相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路3、6和9的A相连接。
在图10所示的例子中，即使有一套功率转换电路导致一套三相绕组切除，也可以保证有大部分定子齿上仍有完整数量的线圈继续工作，只有少部分定子齿缺失了一个工作的线圈，相比于前面的实施例，本实施例中的电磁性能更好，而且不存在定子齿之间线圈端部连接的任何工艺问题，也不需要为了相间平衡考虑端部是否等长。
在可选的一种实施方式中，在一个定子齿组内，沿圆周方向依次排序的定子齿，每个定子齿上第一个位置绕设的线圈和后一个定子齿上最后一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，每个定子齿上其余每个位置绕设的线圈和后一个定子齿上对应的前一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接。
在上述风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路的例子的基础上，图11是用于示出又一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。如图11所示，属于同一个定子齿组的3个定子齿上相同位置绕设的线圈与3个功率转换电路各相之间的连接关系不同，具体地：属于定子齿组1的定子齿1、2和3上，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路1、2和3的A相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路2、3和1的A相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路3、1和2的A相连接。在定子齿组1内，定子齿1-3沿圆周方向依次排序，定子齿1上位置1绕设的线圈和定子齿2上最后一个位置即位置3绕设的线圈均与功率转换电路1的A相连接，定子齿1上位置2绕设的线圈和定子齿2上前一个位置即位置1绕设的线圈均与功率转换电路2的A相连接，定子齿1上位置3绕设的线圈和定子齿2上前一个位置即位置2绕设的线圈均与功率转换电路3的A相连接。
本实施方式中，当每个定子齿组中相邻定子齿上与同一功率转换电路同一相连接的线圈采用串联形式时，例如在图11所示的第一定子单元中，定子齿组1中定子齿1和定子齿2上均与功率转换电路2的A相连接的线圈串联，由于串联的线圈处于不同位置，在一个定子齿组内每个定子齿具有不同的线圈绕设分布，因此对定子单元的个数没有限制，可选定子单元数更多，适用性更广。
另外，尤其是在采用非平行槽的情况下，由于槽口与槽底宽度不同，会导致槽口和槽底处与功率转换电路不同相连接的线圈连接线不一致，从而导致相间不平衡。本实施方式中，在一个定子齿组内每个定子齿具有不同的线圈绕设分布，虽然相邻定子齿上两个与同一功率转换电路同一相连接的线圈的连接线长度不同，但在所有与同一功率转换电路同一相连接的线圈串联后，连接线的总长一致，能够保持相间平衡。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例还提供一种风力发电系统，与实施例1的区别在于：属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量不同。
在可选的一种实施方式中，属于同一定子齿组的定子齿上绕设有至少两种不同数量的线圈。
在可选的一种实施方式中，属于同一定子齿上的k个线圈分别与k个功率转换电路的同一相连接，其中，k为大于等于2的整数。
在可选的一种实施方式中，一个定子单元内存在至少两个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。
在可选的一种实施方式中，在一个定子单元中，第一定子齿上同一位置绕设的线圈与同一功率转换电路相连，其中，第一定子齿为绕设线圈数最多的定子齿。
在可选的一种实施方式中，在不同定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿上同一位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相相连。
在一个具体的例子中，风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路，每个功率转换电路能输出3相电流。每个功率转换电路输出的三相电流以A、B、C表示，A1、B1、C1分别表示功率转换电路1的A相、B相、C相，A2、B2、C2分别表示功率转换电路2的A相、B相、C相，A3、B3、C3分别表示功率转换电路3的A相、B相、C相。风力发电机包括沿圆周分布的6个定子单元，分别为第一定子单元、第二定子单元、第三定子单元、第四定子单元、第五定子单元以及第六定子单元。每个定子单元包括沿圆周分布的3个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的3个定子齿。
图12是用于示出一种第一定子单元和第二定子单元的线圈分布方式的示意图。图13是用于示出一种第三定子单元和第四定子单元的线圈分布方式的示意图。图14是用于示出一种第五定子单元和第六定子单元的线圈分布方式的示意图。
如图12所示，第一定子单元包括3个定子齿组，定子齿1、3、5、7、9上均绕设有3个线圈，定子齿2、4、6、8上绕设有2个线圈。第二定子单元包括3个定子齿组，定子齿1、3、5、7、9上均绕设有2个线圈，定子齿2、4、6、8上绕设有3个线圈。如图13所示，第三定子单元包括3个定子齿组，定子齿1、3、5、7、9上均绕设有3个线圈，定子齿2、4、6、8上绕设有2个线圈。第四定子单元包括3个定子齿组，定子齿1、3、5、7、9上均绕设有2个线圈，定子齿2、4、6、8上绕设有3个线圈。如图14所示，第五定子单元包括3个定子齿组，定子齿1、3、5、7、9上均绕设有3个线圈，定子齿2、4、6、8上绕设有2个线圈。第六定子单元包括3个定子齿组，定子齿1、3、5、7、9上均绕设有2个线圈，定子齿2、4、6、8上绕设有3个线圈。
图12所示的第一定子单元内，定子齿上绕设的线圈数分别为3、2、3、2、3、2、3、2、3，存在四个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。第一定子齿包括定子齿1、3、5、7、9，第一定子齿上位置1绕设的线圈均与功率转换电路1相连。
在图12所示的第一定子单元和图13所示的第三定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿即定子齿1上，位置1绕设的线圈均与功率转换电路1的A相连接，位置2绕设的线圈均与功率转换电路2的A相连接，位置3绕设的线圈均与功率转换电路3的A相连接。
本实施方式中，对于径向位置不同的线圈，其匝数可以不同，铜线尺寸规格也可以不同。在一些场景中例如铜线尺寸规格取到制造上限时，对应的定子槽内宽度只够容纳奇数列的铜线，若要设置偶数列的铜线，铜线的尺寸规格就要缩减，列数也要增加，那就意味着绝缘材料的用量和定子槽内占比都将上升。本实施方式通过在每个定子单元的相邻定子齿上绕设不同数量的线圈，可以提升定子槽的槽满率，尤其是在非平行槽采用线径不同的线圈的情况下。同时也为通过线圈匝数和串并联调节电压提供了更强的灵活性。
在可选的一种实施方式中，不同定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿上至少有两个位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
在上述风力发电系统包括48极54槽的三相风力发电机以及3个功率转换电路的例子中，图15是用于示出另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。图16是用于示出另一种第二定子单元的线圈分布方式的示意图。图17是用于示出另一种第三定子单元的线圈分布方式的示意图。
在图15所示的第一定子单元、图16所示的第二定子单元以及图17所示的第三定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿即定子齿1上，位置1绕设的线圈分别与功率转换电路1、2和3的A相连接，位置2绕设的线圈分别与功率转换电路2、3和1的A相连接，位置3绕设的线圈分别与功率转换电路3、1和2的A相连接。
本实施方式相比于图12-14所示的例子，不同定子单元相同位置的第一定子齿上的线圈进行换位，在某一个功率转换电路出现故障导致某一套三相绕组切除后，从整个电机角度而言，第一定子齿上各个位置都有线圈不工作，且各个位置不工作的线圈数一致，对风力发电机而言，磁场分布更加对称，谐波含量更少，涡流损耗、电机振动、噪声等都能有效减弱。
另外，在图15所示的第一定子单元内，定子齿上绕设的线圈数分别为3、2、3、3、2、3、3、2、3，存在三个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。采用这样的线圈分布方式，有些槽内放置5个线圈，有些槽内放置6个线圈，在槽面积一致的情况下，可以实施成不同线规的铜线，在某些不等宽齿的电机中，可以有效提升槽满率。
在可选的另一种实施方式中，至少存在有两个定子单元，所述两个定子单元中除第一定子齿外，其余的沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上绕设的线圈与所述功率转换电路各相的连接关系不同。
在上述图15所示的第一定子单元中，定子齿2上绕设的线圈与功率转换电路2和3的A相连接。在图16所示的第二定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿2上绕设的线圈与功率转换电路1和3的A相连接。在图17所示的第三定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿2上绕设的线圈与功率转换电路1和2的A相连接。
在另一个具体的例子中，风力发电系统包括96极108槽的三相风力发电机以及4个功率转换电路，每个功率转换电路能输出3相电流。每个功率转换电路输出的三相电流以A、B、C表示，A1、B1、C1分别表示功率转换电路1的A相、B相、C相，A2、B2、C2分别表示功率转换电路2的A相、B相、C相，A3、B3、C3分别表示功率转换电路3的A相、B相、C相，A4、B4、C4分别表示功率转换电路4的A相、B相、C相。风力发电机包括沿圆周分布的12个定子单元，分别为第一定子单元、第二定子单元、第三定子单元、第四定子单元、第五定子单元、第六定子单元、第七定子单元、第八定子单元、第九定子单元、第十定子单元、第十一定子单元以及第十二定子单元。每个定子单元包括沿圆周分布的3个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的3个定子齿。
图18是用于示出一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。图18所示的第一定子单元内，定子齿上绕设的线圈数分别为4、3、3、4、3、3、4、3、3，存在三个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。
图19是用于示出另一种第一定子单元的线圈分布方式的示意图。图12所示的第一定子单元内，定子齿上绕设的线圈数分别为4、2、3、4、2、3、4、2、3，存在三个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种风力发电系统，其特征在于，包括：
风力发电机，所述风力发电机包括沿圆周分布的至少一个定子单元，每个定子单元包括沿圆周分布的至少一个定子齿组，每个定子齿组包括沿圆周分布的至少一个定子齿，每个定子齿上绕设有至少两个线圈；
以及至少两个功率转换电路，每个功率转换电路的相数相同，所述功率转换电路用于对所述风力发电机输出电能的频率进行转换；
其中，属于同一个定子齿组的每个定子齿上绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接，同一个功率转换电路的不同相之间连接的线圈总数一致；
在一个定子单元中，第一定子齿上同一位置绕设的线圈与同一功率转换电路相连，其中，第一定子齿为绕设线圈数最多的定子齿；
在不同定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿上同一位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相相连；
不同定子单元中，沿圆周同一方向排序位置相同的第一定子齿上至少有两个位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接；
至少存在有两个定子单元，所述两个定子单元中除第一定子齿外，其余的沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上绕设的线圈与所述功率转换电路各相的连接关系不同；
所述风力发电机还包括转子，每个定子单元包含的x个定子齿组共有n个定子齿与所述转子上的m个永磁体相对应，其中，x、n和m均为正整数且n＜m，且所述永磁体的极距τ与定子槽的槽距相同，各定子齿组之间的距离相等，均为(m-n)*τ/x。
2.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，不同功率转换电路连接的线圈总数相同或不同。
3.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设有相同数量的线圈。
4.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，属于一个定子单元的不同的定子齿组中绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量相同或者不同。
5.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，在不同定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿组包含的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
6.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量相同。
7.如权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一个定子齿组的不同定子齿上相同位置绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系相同。
8.如权利要求7所述的风力发电系统，其特征在于，在整个电机圆周内定子齿上绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系至少存在两个重复周期。
9.如权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于，至少存在有两个定子单元，所述两个定子单元内沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上，相同位置绕设的线圈与不同功率转换电路的同一相连接。
10.如权利要求9所述的风力发电系统，其特征在于，目标定子单元中每个定子齿上第一个位置绕设的线圈与后一个定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上最后一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，目标定子单元中每个定子齿上其余每个位置绕设的线圈和后一个定子单元中沿圆周同一方向排序位置相同的定子齿上对应的前一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，其中，所述目标定子单元为所述风力发电机中沿圆周方向依次排序的所有定子单元中的任意一个定子单元。
11.如权利要求6所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一个定子齿组的不同定子齿上相同位置绕设的线圈与所述功率转换电路各相之间的连接关系不同。
12.如权利要求11所述的风力发电系统，其特征在于，在一个定子齿组内，沿圆周方向依次排序的定子齿，每个定子齿上第一个位置绕设的线圈和后一个定子齿上最后一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接，每个定子齿上其余每个位置绕设的线圈和后一个定子齿上对应的前一个位置绕设的线圈与同一功率转换电路的同一相连接。
13.如权利要求10或12所述的风力发电系统，其特征在于，若定子槽内的线圈沿径向依次分布，则距离定子槽的槽顶最近的位置为第一个位置，距离定子槽的槽顶最远的位置为最后一个位置；
或者，
若定子槽内的线圈沿周向依次分布，则距离定子齿最近的位置为第一个位置，距离定子齿最远的位置为最后一个位置。
14.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一个定子齿组的不同定子齿上绕设的线圈所连接的功率转换电路的数量不同。
15.如权利要求14所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一定子齿组的定子齿上绕设有至少两种不同数量的线圈。
16.如权利要求15所述的风力发电系统，其特征在于，属于同一定子齿上的k个线圈分别与k个功率转换电路的同一相连接，其中，k为大于等于2的整数。
17.如权利要求16所述的风力发电系统，其特征在于，一个定子单元内存在至少两个周期的定子齿上绕设的线圈数重复。
18.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，每个定子单元包括相同数量的定子齿组，和/或，每个定子齿组包括相同数量的定子齿。
19.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，定子槽内的线圈沿径向依次分布或沿周向依次分布。
20.如权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述风力发电机的绕组采用分布式绕组或集中式绕组。
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