[实用新型]柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统

说明书

本实用新型公开了一种柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统，采用永磁同步发电机和1/3额定功率的盘式电机，共同形成风电系统双馈电结构，盘式电机为功率调控单元和悬浮机构，灵活调控风机旋转体悬浮和摩擦阻尼，永磁同步发电机主功率输出非控机制，将机侧变流器由全控桥调整为非可控整流器，降低垂直轴发电系统成本；采用四点气隙跟踪控制以及综合考虑同步性能的交叉耦合控制器，协同完成风机多自由度悬浮，采用转子磁链定向将盘式电机定子电流解耦，采用双闭环串级控制，实施风机优化转速和额定转速的渐进跟踪；采用四点阻尼调控摩擦转矩，结合盘式电机的最大转矩补偿控制，严格控制永磁发电机额定功率输出。

技术领域

本实用新型涉及一种发电系统，尤其是一种柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统，属于风电领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染日趋严重，作为严格无污染的风力发电日益受到世界各国关注，我国已明确将风力发电从补充能源提升至替代能源战略地位。但我国大部分区域平均风速低于5-6m/s，加大大功率低风速风力发电机型及其控制策略的研究，是推动低风速风电发展，实现风电真正实用化的有效途径。垂直轴风力发电机无需水平轴风力发电机必需的偏航装置，具有启动风速低、安装简便等优势，特别是磁悬浮轴承技术的引入，使得风力机的起动阻力矩大幅降低，非常适合低风区域的弱风型风电场。马来西亚泰莱大学、诺丁汉大学和马尼帕尔国际大学利用永磁体阵列和定子铁芯构成被动悬浮，将启动风速降低至2-3m/s；美国环球风能科技、江苏大学、香港理工大学等都先后采用主被动悬浮轴承，将垂直轴风力发电机起动风速大幅降低，但功率等级一般在15kW以下。内蒙古索力德风电公司和广州雅图新能源有限公司，采用磁悬浮轴承以及多层桨叶采风机构，开发了MW级的垂直轴风力机，起动风速减小至3-3.5m/s，但存在以下问题：采用机械耦合装置完成发电机和风机旋转体的耦合，存在风能捕获控制滞后、机械冲击以及输出功率波动等问题；采用全功率机侧变流器调节发电机转速和传输功率，开关损耗大、故障率高，控制自由度少；多层风机采风系统的高度差所致倾覆力矩，极易导致风机旋转体轴径向悬浮位移变化，摩擦损耗大、发电成本高，严重影响大功率垂直轴风力发电的实用化以及推广应用。

发明内容

本实用新型的主要目的在于：针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种度电成本低、控制简单、风能利用率高、功率大的柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统。

为了达到以上目的，本实用新型柔性直流输电用双馈型磁悬浮垂直轴风力发电系统，包括：风机旋转体、永磁发电机、磁悬浮盘式电机、主功率变流器、捕获变流器、阻尼变流器、升压变流器以及送端站变流器、气隙传感器以及编码器等组成，协同完成风机四点悬浮、风能最大捕获、永磁发电机额定功率控制、风机阻尼调控以及直流馈电入电网。

所述风机旋转体由风机桨叶、永磁发电机转子、阻尼绕组以及机壳构成，旋转捕获风能，驱动永磁发电机转子永磁体旋转发电；所述永磁发电机为风电转化主发电机，其定子输出经主功率变流器、升压变流器以及送端站变流器与柔性直流母线相联，将风机旋转体捕获能量，转化成电能馈入直流输电线路。

所述主功率变流器为三相非可控整流器，其与永磁发电机定子相连，将定子输出的变频变压交流电整流，所述升压变流器为BOOST变流器，提升三倍非可控整流器输出电压，所述送端站变流器为BOOST变流器，高压输出侧与柔性直流输电线路相联，维持升压变流器输出电压恒定。