本发明专利技术公开了一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，涉及交直流发电机系统技术领域。本发明专利技术包括双定子交直流发电电动机、原动机、交流双馈变频装置和交直流变频装置；所述双定子交直流发电电动机包括外定子、内定子和转子，外定子绕组经升压变压器与电网直接连接，且经励磁变压器与交流双馈变频装置电网侧直接连接；内定子绕组经交直流变频装置与直流电网连接；原动机与转子机械连接。本发明专利技术利用双定子交直流发电电动机的可调速能力，使得原动机在不同的外部条件与功率需求下工作在最优转速区，从而显著提高整个发电电动机系统的运行效率，降低对原动机的磨蚀与损害，改善机组运行特性，提高机组可靠性与使用寿命。
A Dual Stator AC/DC Motor System for Energy Storage Power Station
【技术实现步骤摘要】
一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统
本专利技术涉及交直流发电机系统
，尤其是涉及一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统。
技术介绍
随着我国电力工业的迅速发展，可再生能源发电所占比例不断增加，电力电子装置在电力系统中日益增多，电力系统负荷峰谷比日渐扩大，电力市场化改革的逐步深入与能源互联网、交直流混合电网的发展。为了保证电力系统的稳定性，提高清洁能源消纳能力，改善电力系统电能质量，增强电力系统运行经济性，发展大容量储能技术、建设大容量储能电站是一种有效手段。在现有技术水平下，同时满足储能功率超过十兆瓦、储能容量超过百兆瓦每小时的技术指标，又具备商业运行经济性的储能技术主要包括抽水蓄能电站、安装发电电动机组的水力发电站、压缩空气储能电站与惯性储能电站。根据地理环境、电网拓扑结构、储能需求、电力市场商业模式与储能电站的综合效益预期，合理规划、建设与利用储能电站，能够显著提高可再生能源发电渗透率、提高具有大量电力电子装置的电力系统的稳定性与电能质量、通过提高可再生能源发电比例促进环境保护与大气污染治理。同时，大容量储能电站能够实现负荷削峰填谷与系统调频调相的需求，改善电力系统的运行经济性，提高电力企业的商业效益。除此之外，对于在电力市场化改革中兴起的区域综合能源供应商，特别是耗电需求大的工业区供电商，在其供电区域内配置储能电站，也具备显著的技术与经济效益。目前常见的储能机组一般是定速同步机组。由于储能电站运行功率变化范围大、运行模式切换多、要求模式切换速度快，导致原动机（发电模式下）或负载（电动模式下）的最优运行转速与运行工况相关，部分运行工况点可能会对原动机或负载产生较严重的磨损与空蚀损害，或产生振动与噪声问题。采用可变速机组可以改善机组运行效率，提高机组运行可靠性，增加机组有效运行时长。除此之外，采用可变速机组能够提供更加灵活快速的功率调节、稳定性控制与辅助服务，提高储能电站服务质量与运行经济性。随着电力电子技术的进步、分布式可再生能源技术的快速发展、电动汽车等直流负载的迅速增加，采用交直流混合电网技术的优势愈发凸显。直流电网作为交流电网的补充，主要电源包括与交流电网连接的换流站和直流电网所连接的可再生能源发电装置如光伏电池板。由于可再生能源发电装置与电动汽车等直流电网主要负载具有较强的不确定性与波动性，而交直流换流站使得直流电网与交流电网发生强耦合，导致直流电网的稳定性问题较为突出，装设直流电网储能装置对于保障电网的运行经济性与可靠性意义重大。然而，装设电池储能装置成本过高。目前在储能电站中一般采用定子变频调速机组，主要包括无刷双馈电机与全功率变频同步电机。其存在以下缺点：具有多相控制绕组的无刷双馈电机结构复杂，功率密度低，谐波含量丰富，在大容量电机中的应用具有相当的困难。全功率变频同步电机虽然能依靠全功率变频器实现功率调制，但是需要按照电机设计过载容量来选择变频器容量，在大功率领域应用时价格昂贵并且目前技术还不够成熟。定子变频调速机组仅有一个功率输出端口，无法同时实现上电路上解耦的交流与直流功率输入/输出及其控制。或者是定转子上各一套三相绕组的变频励磁的常规双馈发电电动机组，仅有一个功率输出端口，无法通过同一台机组同时实现上电路上解耦的交流与直流功率输入/输出及其控制。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本申请提供了一种应用于储能电站的，能够同时与交流电网和直流电网实现功率交换的可调速的双定子交直流发电电动机系统，本专利技术的专利技术目的在于解决上述现有技术中的不足，本专利技术利用本申请的双定子交直流发电电动机的可调速能力，使得原动机在不同的外部条件与功率需求下工作在最优转速区，从而显著提高整个发电电动机系统的运行效率，降低对原动机的磨蚀与损害，改善机组运行特性，提高机组可靠性与使用寿命。为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：包括双定子交直流发电电动机、原动机、交流双馈变频装置和交直流变频装置；所述双定子交直流发电电动机包括外定子、内定子和转子，所述外定子包括外定子铁芯和外定子绕组，所述外定子绕组采用三相多支路分布式绕组，所述外定子绕组经升压变压器与电网直接连接，且经励磁变压器与交流双馈变频装置电网侧直接连接；所述内定子包括内定子铁芯和内定子绕组，所述内定子绕组采用多相多支路分布式绕组，内定子绕组经交直流变频装置与直流电网连接；所述原动机与所述双定子交直流发电电动机的转子机械连接。所述转子包括外双馈转子、隔磁层和内永磁转子，隔磁层位于外双馈转子与内永磁转子之间，所述外双馈转子包括双馈转子铁芯和双馈转子绕组，所述双馈转子绕组经转子端部的集电装置与交流双馈变频装置的电机侧直接连接。所述内永磁转子由永磁转子铁芯和永磁体组成，所述永磁体放置在永磁转子铁芯内表面，构成表贴式永磁转子。所述永磁体外用高矫顽力、高剩磁磁密的稀土永磁材料制成。所述隔磁层由高强度不导磁材料制成，用于隔绝内转子与外转子的磁场。所述交流双馈变频装置包括励磁变压器、三相交直交多电平双向变换器与转子撬棒保护装置，其中转子撬棒保护装置与所述双馈转子绕组的端口连接，用于提高转子绕组故障保护能力和发电电动机系统的低电压与高电压穿越能力。交直流变频裝置采用高压集成门极换流晶闸管（IGCT）作为开关元件，可实现交-直变换与直-交变换的功率流动。所述外定子绕组包含3相60°相带，每相含A1条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成一套三相分布式绕组，并联支路数A1为大于等于1的正整数。所述外定子绕组设计为短距绕组。所述外定子绕组设计为非常规绕组，即外定子绕组极对数P1与并联支路A1的商不是正整数；同一相带各支路的反电动势矢量相同。所述内定子绕组包含M项，2M个相带，每项含A2条并联支路，通过相分组与支路分组、串并联，形成多相分布式绕组，其中相数M为大于等于3的整数，并联支路数A2为大于等于1的正整数。所述外定子铁芯上开有外定子槽，所述外定子槽的槽型为开口槽以便于外定子绕组嵌线，所述外定子槽槽口采用磁性槽楔以减少气隙磁密齿谐波。所述内定子铁芯上开有内定子槽，所述内定子槽的槽型为开口槽以便于内定子绕组嵌线，所述内定子槽槽口采用磁性槽楔以减少气隙磁密齿谐波。还包括统一控制系统，所述统一控制系统由上层控制中枢、双馈控制模块、直流控制模块、原动机控制模块以及与各模块相配合的信息采集、数据处理、保护装置与程序共同构成。上层控制中枢根据发电电动机系统运行情况与交直流电网的需求，对交流与直流电气端口的功率流向与潮流、交流端口的无功功率、交直流电气端口输出电能质量、转子运行转速、可逆式水泵水轮机的水门开度、等电气、机械量实现统一控制。统一控制系统的指令通过转化并传递为各个子模块的控制指令，完成发电电动机系统的控制目标。所述的控制目标包括稳态与瞬态控制目标。所述交流电气端口指外定子绕组与交流电网所连接的节点，所述直流电气端口指内定子绕组与直流电网所连接的节点。所述交流电气端口根据其有功与无功功率流向包括9种运行工况：发电进相、发电迟相、发电单位功率因数、电动进相、电动迟相、电动单位功率因数、调相进相、调相迟相、调相单位功率因数。其中发电指本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：包括双定子交直流发电电动机（1）、原动机（9）、交流双馈变频装置（2）和交直流变频装置（5）；所述双定子交直流发电电动机（1）包括外定子（1‑1）、内定子（1‑3）和转子（1‑2），所述外定子（1‑1）包括外定子铁芯（1‑1‑1）和外定子绕组，所述外定子绕组采用三相多支路分布式绕组，所述外定子绕组经升压变压器（7）与交流电网（8）直接连接，且经励磁变压器（3）与交流双馈变频装置（2）电网侧直接连接；所述内定子（1‑3）包括内定子铁芯（1‑3‑1）和内定子绕组，所述内定子绕组采用多相多支路分布式绕组，内定子绕组经交直流变频装置（5）与直流电网（6）连接；所述原动机（9）与所述双定子交直流发电电动机（1）的转子（1‑2）机械连接。
【技术特征摘要】
1.一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：包括双定子交直流发电电动机（1）、原动机（9）、交流双馈变频装置（2）和交直流变频装置（5）；所述双定子交直流发电电动机（1）包括外定子（1-1）、内定子（1-3）和转子（1-2），所述外定子（1-1）包括外定子铁芯（1-1-1）和外定子绕组，所述外定子绕组采用三相多支路分布式绕组，所述外定子绕组经升压变压器（7）与交流电网（8）直接连接，且经励磁变压器（3）与交流双馈变频装置（2）电网侧直接连接；所述内定子（1-3）包括内定子铁芯（1-3-1）和内定子绕组，所述内定子绕组采用多相多支路分布式绕组，内定子绕组经交直流变频装置（5）与直流电网（6）连接；所述原动机（9）与所述双定子交直流发电电动机（1）的转子（1-2）机械连接。2.如权利要求1所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述转子（1-2）包括外双馈转子（1-2-1）、隔磁层（1-2-2）和内永磁转子（1-2-3），隔磁层（1-2-2）位于外双馈转子（1-2-1）与内永磁转子（1-2-3）之间，所述外双馈转子（1-2-1）包括外双馈转子铁芯（1-2-1-2）和外双馈转子绕组，所述外双馈转子绕组经转子端部的集电装置与交流双馈变频装置（2）的电机侧直接连接。3.如权利要求2所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述内永磁转子（1-2-3）由内永磁转子铁芯（1-2-3-1）和永磁体（1-2-3-2）组成，所述永磁体（1-2-3-2）放置在内永磁转子铁芯（1-2-3-1）内表面，构成表贴式永磁转子。4.如权利要求3所述的一种应用于储能电站中的双定子交直流发电电动机系统，其特征在于：所述永磁体（1-2-3-2）采用高矫顽力、高剩磁磁密的稀土永磁材料制成。5.如权利要求2-4任意一项所...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖洋，肖海航，李振兵，
申请(专利权)人：湖北研道特磁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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