[实用新型]基于直流发电机的风力发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种基于直流发电机的风力发电装置，属于电气控制工程领域。

背景技术

随着人类社会的发展，能源和环境问题成为当今人类社会生存和发展所面临的非常紧迫的问题，以清洁、可再生能源为主的能源结构将成为未来发展的必然趋势。风能作为一种清洁、无污染、易实现大规模开发的可再生能源，正越来越受到世界各国的普遍重视，风力发电将成为21世纪最具开发前景的新能源之一。风力发电机是风力发电系统中最核心的设备之一，它的正常运行是整个风力发电系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，也是提高风力发电可靠性，降低风电成本的关键因素。近年来，在广大科研人员和工程技术人员的共同努力下，风力发电机组由最初的定桨距型发展到了变速变桨距型，发电效率有了显著的提高，现在世界上主要的风电机组制造商生产的主流机组大都是采用双馈异步发电机的变速恒频风力发电机组。

相对传统的异步发电机，双馈异步发电机有比较明显的优点，但这种风力发电机组需配备增速齿轮箱，这不但增加了机组成本和运行噪声、降低了风能的利用效率，而且齿轮箱在运行中故障率较高特别是漏油等现象较为严重，从而增加维护工作量并减少了机组的可利用小时数；基于双馈异步电机的风力发电系统的控制系统相当复杂，对其可靠性要求高，其成本也很高。另外异步发电机普遍存在无功功率问题。

发明内容

本实用新型目的在于针对风力发电机存在的上述问题，根据风力发电系统的特点，并结合直流发电机的特性，以及大功率逆变器件的成熟，提出了基于直流发电机直接控制的风力发电系统。该系统包括变桨距风力机、励磁可调的直流发电机(现有技术)、IGBT逆变器(现有技术)以及相应的控制调节部分。

本实用新型的技术解决方案：采用风力机直接驱动直流发电机产生直流电能，然后通过IGBT逆变器变为合格(国家规定)的交流电，经升压变压器并入电网。

电力电子技术的快速发展，逆变技术的成熟，以及大功率逆变器件的大量商品化应用，为本发明专利的实现提供了可能。

本实用新型的优点：1.基于直流发电机的风力发电系统调节方便，直流发电机具有很好的电压调节特性，风速变化引起电机转速变化，调节发电机的励磁电流，可以使发电机输出电压基本恒定。2.由于采用直接驱动技术，在风力机和直流发电机之间不需要安装增速齿轮箱，因而降低了机组的运行噪声，减少了维护工作量，并且在低风速时具有更高的运行效率。3.由于发电机的输出为直流，因此仅需采用DC-AC逆变即可通过升压变压器并入系统，相比传统的交流发电机的AC-DC-AC中间并网环节而言少了前一级AC-DC的整流环节，不但节省了设备投资，而且提高了运行可靠性。4.根据电网情况，可以在直流发电机的输出和IGBT逆变器之间接入缓冲蓄电池，通过蓄电池的充放电来补偿风速在小范围内的波动，保证发电机的输出功率基本恒定。

附图说明

图1为本实用新型的电原理结构框图

图2系统控制原理框图

图3为本实用新型的模拟系统试验接线图

图4为试验中模拟风速变化对发电机输出电压的影响

图5为试验中发电机负载变化时，调节发电机励磁电流可使输出电压不变

图6为试验中模拟风速变化时，调节发电机励磁电流可使输出电压不变

图中的1是风力机，2是直流发电机，3是IGBT逆变器，4是升压变压器，5是电网，6是功率控制器7是电压控制器。8是机组启停控制单元，9是变桨距控制单元，10是变桨距机构，11是发电机励磁控制单元。

具体实施方式

对照附图1，其结构是在该风力发电系统中，采用风力机直接驱动直流发电机产生直流电能，然后通过IGBT逆变器变为合格的交流电，经升压变压器并入系统。它们间的连接关系：风力机1与直流发电机2的第一输入端相接，直流发电机2的输出端与IGBT逆变器3的输入端相接，IGBT逆变器3的输出端与升压变压器4的输入端相接，升压变压器4的输出端与电网5相连，功率控制器6的输出端与风力机1的第一输入端相连，电压控制器7的输出端与直流发电机2的第二输入端相接。