[发明专利]一种高温超导励磁磁通切换电机构成的直驱型风力发电系统

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，为一种高温超导电机构成的直驱型风力发电系统。

背景技术

随着全社会对能源和环境问题的持续关注，可再生能源的开发利用正呈现出加速发展的趋势。风能作为目前人类所掌握的开发应用技术最为成熟的可再生能源之一，凭借其可开发量大、分布区域广、安全环保等优点，在社会经济可持续发展中发挥着重要的作用。综观目前国内外已投运和正在研发的风力发电系统，基本可归为两大类。第一类是以机械式增速齿轮箱为中间环节的高速风电系统。通常，由风能驱动的风力机工作在较低的转速(几十转/分)，而传统的同步或异步发电机由于极数限制，转速都较高，因此该类型系统必须采用多级齿轮箱对风力机转速进行增速，使之接近异步电机的额定转速。但增速齿轮箱不仅体积大、笨重，而且故障率较高，需要经常维护，是风力发电系统中最薄弱的环节；第二类是近年出现的直驱风力发电系统，取消了增速齿轮，因此具有效率高、动态响应快、维护费用低等优点。然而，直驱发电机通常在每分钟几十转的低速下工作，为保证其输出电压和频率在正常的范围内，发电机需要采用较大的定转子直径和较多的极对数，体积大，质量重，给发电机的设计、制造、运输和安装等增加了难度。

可见，高速风力发电系统和直驱风力发电系统具有各自的优缺点：前者具有技术成熟、变流器控制容量较小、变速运行范围较宽等优点，但齿轮箱和转子滑环的使用增加了机械故障发生的概率；后者具有效率高、无增速齿轮箱等优点，但大型直驱风力发电机体积庞大而且笨重，使得机组的运输、安装困难。而且，直驱发电机的气隙磁场调节困难，其输出电压随风速的波动很大，增加了全功率双向PWM并网变流器的控制难度及其所采用大功率电力电子器件的成本。因此，将高速风电系统的输出电压稳定与直驱风电系统的无增速齿轮箱相结合，集二者之优点，开发无增速齿轮箱、体积小、重量轻，并且输出电压幅值随风速的波动基本保持不变或能够稳定在一定范围内，从而使得控制简单的直驱型风力发电系统，已成为当前大功率风力发电系统的研究热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有大型永磁直驱风力发电机体积庞大、笨重，使得机组的运输、安装困难；而且，永磁直驱发电机的气隙磁场调节困难，其输出电压随风速的波动很大，增加了全功率双向PWM并网变流器的控制难度及其所采用大功率电力电子器件的成本；需要一种克服现有永磁直驱风力发电系统弊端，能够高功率密度、高效率、控制方便、运行稳定的直驱型风力发电系统。

本发明的技术方案是：一种高温超导励磁磁通切换电机构成的直驱型风力发电系统，包括风力机、高温超导励磁磁通切换电机、不可控整流器模块、电池组模块、直流变换模块、逆变器模块、并网变压器，运行模式控制模块和中央控制单元，风力机连接高温超导励磁磁通切换电机，不可控整流器模块、电池组模块、逆变器模块，连接在高温超导励磁磁通切换电机与并网变压器之间，直流变换模块跨接在电池组模块两端，中央控制单元分别与电池组模块、逆变器模块、风力机、运行模式控制模块和直流变换模块相连；其中高温超导励磁磁通切换电机由电枢绕组、高温超导励磁绕组、凸极转子、模块化定子组成。

其中，运行模式控制模块由高温超导励磁发电运行控制模块和开关磁阻发电运行控制模块并联组成，电池组模块连接开关磁阻发电运行控制模块和高温超导励磁发电运行控制模块，并提供电能，开关磁阻发电运行控制模块和高温超导励磁发电运行控制模块分别与中央控制单元相连。

本发明的高温超导励磁磁通切换电机的电枢绕组可以为常规电枢绕组或高温超导绕组。

本发明具备高温超导励磁发电运行和开关磁阻发电运行两种运行模式：