[发明专利]直驱式感应风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域中的风力发电系统，具体地说是一种直驱式感应风力发电系统。

背景技术

风能作为一种可再生能源，其资源极其丰富。据专家估计，全世界风能资源总量约为每年2万亿千瓦，仅1％的地面风能转化为电能就能满足现今全世界对能源电力的需求。同时随着风力发电技术的不断发展进步，风力发电的成本呈现下降的趋势，风力发电具有显著的环保效益和经济效益。近些年来风力发电的发展不断超越其预期的发展速度，并越来越受到世界各国的重视。

由于风力发电系统应用场合的特殊性，对发电、变电装置的空间尺寸和重量等有着非常严格的限制和要求，同时，对系统的容量、供电品质、可靠性与可维修性等性能指标需求也在不断提高。而感应发电机采用鼠笼式转子结构，与普通同步发电机相比具有结构简单、故障率低、机械强度好、维护成本低等优点。然而传统的感应发电机存在功率密度不高、功率因数低、控制上电压调节不灵活等不足之处，仅适用于中小功率场合，同时，传统电机受电磁设计、冷却方式和加工工艺的限制，使其转矩密度难以大幅提高。

此外，传统感应发电机转子的端板和导条通常采用中频焊接等焊接方式，这些焊接方式不仅需要使用电阻率远大于端环和导条的焊料，且不可避免的增加了接触电阻，不仅会增加损耗，更重要的是还存在局部发热导致端板膨胀断裂的安全隐患。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可以大幅度提高发电机系统功率密度和效率的直驱式感应风力发电系统。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种直驱式感应风力发电系统，至少包括叶片，还包括与叶片直连的直驱式感应发电机，和与电网连接的网侧变流器，所述感应发电机输出端连接机侧变流器，所述机侧变流器与网侧变流器之间设有直流支撑电容，所述直驱式感应发电机的定子设有至少一套三相主绕组，主绕组直接与机侧变流器连接，所述主绕组的每一相均接有交流励磁电容。

进一步地，在上述直驱式感应风力发电系统中，所述直驱式感应发电机的定子还设有一套三相辅助绕组，所述三相辅助绕组的每一相均设有交流励磁电容。

进一步地，上述机侧变流器和网侧变流器为四象限全功率变流器，且由n个完全相同的功率器件并联组成，其中n≤3。其中所述功率器件包括二极管和三极管，所述二极管的阳极与所述三极管的发射极连接，阴极与所述三极管的集电极连接。

进一步地，在上述直驱式感应风力发电系统中，直驱式感应发电机包以下两种结构：

第一，上述直驱式感应发电机至少包括定子、转子、机座、转轴和轴承，所述机座的顶部设有散热筋板，机座的四周设有风机。

第二，上述直驱式感应发电机至少包括定子、转子、机座、转轴和轴承，所述机座的顶部设有散热筋板，机座内设有冷却介质喷淋系统，所述冷却介质喷淋系统包括安装在机座内壁的喷淋环和安装于机座底部的储液盒，所述机座内设有将储液盒中的冷却介质通抽取到喷淋环的磁力泵。为了防止冷却介质泄漏到感应发电机本体以外，机座与转轴之间设有旋转密封装置，所述旋转密封装置包括基座，所述基座和转轴之间设有若干用导磁钢材料做成的密封挡板，所述密封挡板呈“H”状，密封挡板与转轴的连接端内充满磁性流体，密封挡板另一端的开口连通成散热通道；基座和转轴之间还有永磁体。

更进一步地，上述感应发电机的鼠笼转子的导条和端环通过搅拌摩擦焊焊接而成一体。

本发明的感应发电机输出采用专用背靠背全功率变流器形式，考虑电网故障等极端条件，通过四象限全控电力电子变流器与发电机的匹配设计，结合无速度传感器矢量控制、软件锁相环技术、过调制SVPWM方法、信号延时补偿算法、前馈+反馈控制技术等措施，实现风力发电机组系统的高效控制，保证发电机组良好的电能品质与运行稳定性。

此外，本发明还具有以下优点：

(1)在有限的发电、变电装置的空间内，本发明采用两种散热结构的感应发电机，一是通过机座四周的风机加速电机内空气的循环，再通过机座顶端的散热筋板传导散热。二是通过机座内的冷却介质喷淋系统将冷却介质在喷洒在机座，吸热后的冷却介质蒸发后通过散热筋板传导散热。

(2)感应发电机的鼠笼转子的导条和端环通过搅拌摩擦焊焊接而成一体，避免使用焊条，且不会增加焊接电阻。

附图说明

图1为直驱式感应风力发电系统的结构示意图。

图2为图1中增加三相辅助绕组的结构示意图。

图3为图1中直驱式感应发电机的结构示意图。

图4为图1中直驱式感应发电机的另一种结构示意图。