[发明专利]风力发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地，涉及一种风力发电系统。

背景技术

现有技术中，风力发电系统多采用双馈式、永磁同步式或电励磁同步式发电。

双馈式风力发电系统包括用于加速的大型齿轮箱，一台双馈发电机和30%左右容量的变频器。双馈式风力发电系统是目前主流的风力发电系统型式，技术比较成熟，可维护性强，市场认可率高。随着人们对风力发电发展要求，风电系统单机容量越来越大，若采用高速系统，则对齿轮箱的要求过高，因此，超大容量系统采用低速系统方案可行性更高，而双馈式电机在低速时效率偏低，不适宜低速系统。

永磁同步式与电励磁同步式风力发电系统相似，一般采用直驱式结构，发电机接全功率变频器后向电网发送电压和频率稳定的电能。包括永磁同步式或电励磁同步式发电装置的直驱式系统，可以取消齿轮箱，使传动链缩短，减小故障点。采用全功率变频器向电网发电，实现了发电装置与电网的更友好连接，提高了运行稳定性。由于永磁体存在不稳定性和价格上的因素，成为永磁同步系统发展的制约。尽管在世界范围内超大容量风力发电机的发展趋势仍存在分歧，但同步系统采用励磁绕组，内部磁场可以调节，且稳定性要高于永磁式，会成为超大容量风电系统的首选。因此，如何提高大容量风力发电系统（尤其是电励磁同步发电系统）的运行效率，特别是提高低风速下的运行效率，降低运行成本，以及在更宽的风速范围内获取风能，成为大容量风力发电系统市场化时需要解决的主要技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种风能利用率高、运行风速范围较宽的风力发电系统。

本发明提供一种风力发电系统，包括：叶轮；交流发电装置，通过叶轮驱动，交流发电装置发出的交流电输送至电网；直流发电装置，与交流发电装置同轴地设置，直流发电装置发出的直流电中至少一部分直流电转换为交流电并输送至电网。

进一步地，交流发电装置发出的三相交流电经机侧整流器转换为直流电，经过直流母排流入网侧逆变器和变压器输送至电网；直流发电装置发出的直流电中至少一部分直流电经过直流调压装置调压后输送至直流母排。

进一步地，交流发电装置与直流发电装置共用一根主轴和/或共用一套定子外壳。

进一步地，交流发电装置包括交流发电机励磁装置；直流发电装置为交流发电机励磁装置提供励磁电流。

进一步地，直流发电装置包括N套转子绕组，N=k+1，k为大于或等于1的自然数，N套转子绕组中的一套绕组为交流发电机励磁装置提供励磁电流，其它各套绕组输出的直流电经直流调压装置调压后输送至直流母排。

进一步地，直流调压装置包括电力电子升压装置，电力电子升压装置包括控制输送至直流母排的直流电压值的boost电路。

进一步地，直流调压装置包括升压变压器和/或滤波环节。

进一步地，直流发电装置包括直流发电机励磁装置，直流发电机励磁装置输出可调节的励磁电流。

进一步地，直流发电装置采用直流电励磁或者采用永磁体与直流电励磁的混合励磁。

进一步地，交流发电装置为电励磁同步交流发电装置或者永磁同步交流发电装置。

根据本发明的风力发电系统，由于在设置交流发电装置的同时设置了直流发电装置，并将直流发电装置发出的至少一部分直流电转换为交流电后馈送至电网，在额定风速下共同向电网输出稳定的交流电能，且在电网瞬态波动时对发电环节有良好的调节能力；在低风速时机组可以仅由直流发电设备馈电，因此机组可以在更宽的风速范围内运行，风能的利用效率高，更适合大容量风力发电机组。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的风力发电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例中涉及的是一种大功率变速恒频风力发电系统。该风力发电系统的能量传输链包括叶轮10、电励磁同步交流发电装置20、多相直流发电装置30、直流调压装置70、高压整流逆变器和变压器60等。

叶轮10在风能的作用下旋转并驱动交流发电装置20转动，交流发电装置20发出的三相交流电输送至电网100。直流发电装置30与交流发电装置20同轴设置，直流发电装置30发出的直流电的至少一部分转换为交流电输送至电网100。