[发明专利]高压直流发电机、风力发电机组和风电场

说明书

本发明公开高压直流发电机、风力发电机组和风电场。所述高压直流发电机包括：交流多绕组发电机，包括N个三相绕组，N为大于1的整数；3N个单相绕组控制电路，用于对交流多绕组发电机的各个单相绕组输出的交流电流进行整流，每个单相绕组控制电路包括：用于从交流多绕组发电机的相应的一个单相绕组接收交流电流的交流输入端，以及用于输出对接收的交流电流进行整流而产生的直流电流的直流输出端，各个单相绕组控制电路的直流输出端依次串联，从而构成高压直流输出端，高压直流输出端输出通过叠加各个单相绕组控制电路的直流输出端的直流电势而获得的高压直流电流；发电机输出控制器，用于控制各个单相绕组控制电路进行整流操作。

技术领域

本发明涉及发电机领域，更具体地讲，涉及一种能够输出恒定的高压直流电流的高压直流发电机、包括所述高压直流发电机的风力发电机组和风电场。

背景技术

基于永磁发电机的直驱型发电机组通常采用大体积、大功率、低转速的发电机。例如，在风力发电系统中，发电机输出电力通常需要通过塔内传输至塔底电力电子换流装置，然后经工频变压器接入风电场区域公共交流电网。这种发电机的输出通常具备以下特征：低电压变电压、3相交流、变频率等。

然而，这种发电机在具体应用中存在许多不足。首先，发电机不能直接并入交流电网或直流电网，而需要加装电力电子换流装置才能并入交流电网或直流电网。第二，发电机工作电压低，因此导致风力发电机组塔内电力传输费用高昂(包括高昂的电缆成本以及由大量电缆的重量而导致的塔架及塔架内电缆安装成本)。第三、低电压下的电力电子换流装置会导致高昂的散热成本。

通常，具有多个这种发电机的风电场将会采用交流并网方案，即，多个发电机通过变流设备接入交流电网。交流并网方案是目前世界上比较成熟的电力并网方案，然而，其在风力发电机场上的应用仍然存在一些不足。首先，风力发电机组的惯性各自表达输入到交流功率总线，在大规模多点并入时，这些惯性会引起并网端点复杂低频功率耦合，容易造成电网低频问题。第二，风电场内采用3线传输，架空走廊较大，占地面积大。第三、大型风力发电机组的塔架很高，塔内3相交流电缆的用量很大，造成很大的塔架结构负担，并且直接电缆成本很高。第四、在例如大海的特定地域内进行交流传输时，由于海水造成的电容效应，将导致交流系统功率传输困难，从而导致很高的电力传输成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种高压直流发电机、包括所述高压直流发电机的风力发电机组和风电场，所述高压直流发电机能够输出恒定的高压直流电流，为风电输出实现直流传输提供前提基础，从而避免现有利用交流传输的多个风力发电机组惯性直接并入电网造成的交流电网可能的低频震荡；此外，利用风力发电机组塔内的直流传输电缆即可传输高压直流电流，可克服现有交流输出的风力发电机组内3线传输时要求的过大的传输走廊的问题，降低塔内电缆使用量过大造成的高功率传输成本以及塔架成本。

根据本发明的一方面，提供一种高压直流发电机，所述高压直流发电机包括：交流多绕组发电机，包括N个三相绕组，其中，N为大于1的整数；3N个单相绕组控制电路，用于对所述交流多绕组发电机的各个单相绕组输出的交流电流进行整流，其中，每个单相绕组控制电路包括：用于从所述交流多绕组发电机的相应的一个单相绕组接收交流电流的交流输入端，以及，用于输出对接收的交流电流进行整流而产生的直流电流的直流输出端，其中，各个单相绕组控制电路的直流输出端依次串联，从而构成高压直流输出端，所述高压直流输出端输出通过叠加各个单相绕组控制电路的直流输出端的直流电势而获得的高压直流电流；发电机输出控制器，用于控制各个单相绕组控制电路进行整流操作。

优选地，所述交流多绕组发电机还包括测速绕组，所述测速绕组用于测量各个单相绕组的交流电流的角度信息；所述发电机输出控制器与所述测速绕组连接，用于根据测量得到的所述各个单相绕组的交流电流的角度信息，控制各个单相绕组控制电路进行整流操作。