一种高性价比变速恒频风力发电系统技术方案

一种高性价比的变速恒频风力发电系统，由风叶１、机舱和塔筒２、机械传动装置２１、发电机２２、偏航器２４、控制器２５、输电线３１和３２，以及变电房４、升压变压器４１、并网装置４２、电网输电线５等组成，将电子变频装置用无环流整流子变频机代替，并安置在变电房４中，新系统具有谐波少、控制方便、技术维护简单、机舱重量轻等优点，尤其是制造成本低、性价比高，特别适合中国的市场需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电机系统
具体地说是提出一种用整流子变频机来代替 电子变频器构成的一种低成本高性价比的变速恒频风力发电机的整机发电系统。
技术介绍
风力发电是能源效益和环境效益俱佳的新能源，为了从风中获得更多的能量，特别 是中低风速中的能量，变速恒频风力发电系统被普遍采用。但是，现有的变速恒频风力 发电系统必须增配价格昂贵的电子变频器，才能并网送出电能，电子变频器价格非常昂 贵。据中国沈阳工业大学风能技术研究所和北京交通大学合作研究的1MW的SUT-1000机 组成本分析，在中国，大型风力发电系统中的电子变频器价格约为发电机价的2 3倍， 这样就使风力发电系统的投资增幅偏大，系统的费用又占风力发电场成本的70%，从而增 加了风力所发电能的度电成本，不利于清洁能源的普及推广。此外，电子变频器的谐波 大、滤波器设计复杂，电子元器件耐受电压电流冲击能力弱，易损难修。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用一种新结构的变频装置来代替电子变频器，以有效降低整个风 力发电系统的成本。本专利技术的目的是这样实现的，整个风力发电系统由风叶l、机舱和塔筒2、机械传动 装置21、发电机22、偏航器24、控制器25、输电线31和32，以及变电房4、升压变压 器41、并网装置42、电网输电线5等组成，其特征为发电机输出的变频电流从风塔和 机舱向下经输电线31，输送到安装在变电房4中的变频装置，且变频装置为整流子变频 机40。本专利技术的带整流子变频机的变速恒频风力发电系统的优点是明显的，同容量的整流 子变频机的价格比电子变频器低得多，而且其波形好、谐波少，能耐受较高的瞬间电压 和数倍过电流冲击而不易损坏，这是功率电子器件所远不能承受的。附图说明图1为本专利技术的带整流子变频机的变速恒频风力发电系统图。 图2为现有的变速恒频风力发电系统图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。在图1中，以动能形式出现的风能，通过风叶l产生升力，带动机械和传动装置21 转动，机械和传动装置包括轮毂、主轴系、齿轮箱和制动器等，将风力的动能转变成系 统的机械能，然后或者直接或者通过齿轮箱间接带动发电机22发电，将机械能转换为电 能。但是，在变速运行中的电能频率也是变化的，这样的电能无法直接输入电网加以利 用，而必须借助变频装置形成与电网相同频率和电压的交流电，才能符合并网的要求， 就目前市场上的风电系统产品来说，电子变频器是唯一选择。而本专利技术采用整流子变频 机31代替电子变频器，同样能达到变频的效果，实现恒频并网。从整流子变频机输出的 恒频交流电经升压变压器41后连接并网装置42，最后通过输电线5连接到电网，系统才 能完成风能向电能的转换。整流子变频机31的转子上有一个多相绕组、一組滑，电刷，以及一组整流子和电 刷，二组电刷分别作为整流子变频机交流电输入和输出的接续器。定子只有闭合的铁芯 而不需要任何绕组。整个整流子变频机的转动部分相当于直流电机的电枢，不仅绕组相 同，且整流子也与直流电机的换向器相类似，不同点仅在于二点， 一是直流电机只有正 极和负极二个电刷，而整流子变频机上有交流电的输出电刷，在三相电制中，则有A、 B、 C三个电刷。二是整流子变频机还比直流电机多一组滑环和电刷，那就是整流子变频机的 输入电刷。将某一频率的交流电从整流子变频机31的滑环和电刷处输入，则在整流子变频机转 子上将产生某一转向的旋转磁场。如果整流子变频机不转动，则在整流子变频机的整流 子和电刷上将输出与所输入电压和频率都相同的交流电；如果整流子变频机转动，则整 流子变频机的整流子和电刷上将输出与所输入电压相同但频率改变的交流电，转速越高， 频率的改变也越大，这就是整流子变频机的变频机理。整流子变频机的输入交流电的频 率Fi、输出交流电的频率Fo和整流子变频机的转速n有以下关系式Fo = Fi ± n/60 (式1)其中，Fi为输入整流子变频机的交流电频率(Hz)，Fo为从整流子变频机输出的交流电频率(Hz)， n为整流子变频机的转速(rpm)。整流子变频机只能改变交流电的频率而不能改变交流电的电压值，不管整流子变频 机转动与否，也不管整流子变频机的转速大小，其输入输出电压总是相同的。为使本系统能达到并网要求，变频机的电压也必须与电网保持一致，而为了改变系 统输电的功率因数，又要求对变频机的电压进行微调，以上这些要求可通过改变发电机 的励磁电流来实现，所以本系统的发电机22必须采用电励磁同步发电机，如果发电机22 采用永磁发电机，则系统中的升压变压器41必须采用调压变压器，或者在整流子变频机 31的前端或后端增加额外的调压器。由于整流子变频机的重量比电子变频器大，而且整流子变频机中的整流子、滑环和 电刷需要较多的维护保养，所以整流子变频机不宜安放在机舱内，而以安装在地面的输 变电室为宜。这对减轻高空机舱重量和今后的保养都有好处。由于发电机22送出的是变频的交流电，不适合于向机舱内的其它设备供能，因此， 必须由变压器32引一路恒压恒频的交流电，经输电线32向机舱和塔筒2供电，如图1 所示。为进一步明了本系统和现有系统的区别，图2所示为现有的变速恒频风力发电系统图。在现有系统'中，风叶l将风能中的动能，输送到机械和传动装置21，机械和传动装 置包括轮毂和主轴系、齿轮箱、制动器等，成为系统的机械能，然后直接或者通过齿轮 箱间接带动发电机22发电，并通过电子变频器23，改变为恒频恒压的交流电，上述部件 均安装在机舱和塔筒2内。电能再通过输电线3，进入变电室4内，依此连接升压变压器 41和并网装置42,将电能通过输电线5输送到电网。目前的商品整流子变频机在变频运行过程中，都存在环流。因为在任何整流子变频 机中，每相的电刷在大部分时间内，都必须与相邻的二片整流子保持接触，当这二片整 流子间有电压差时，整流子变频机的相关绕组内将引起环流，环流将引起整流子变频机 的附加损耗、整流子片电损、以及绕组和电刷的发热，使整流子变频机的效率降低。为提高本系统的产电效果，提高系统的可靠性，可以采用无环流枘整流子变频机。采用无环流的整流子变频机后，无环^^整流子变频机内的环流将比普通变频机大幅 度减小，无环流整流子变频机的效率将接近电子变频器，本专利技术系统的效率将明显提高， 系统的优越性，特别是性价比也将显著地超过现有系统。权利要求1、一种高性价比变速恒频风力发电系统，系统由风叶1、机舱和塔筒2、机械和传动装置21、发电机22、偏航器24、控制器25、输电线31和32，以及变电房4、升压变压器41、并网装置42、电网输电线5等组成，其特征为发电机输出的变频电流从机舱和塔筒2向下，通过输电线31，输送到安装在变电房4中的变频装置，且变频装置为整流子变频机40。2、 权利要求1所述的高性价比变速恒频风力发电系统，其特征为变频装置40是 无环流整流子变频机。全文摘要一种高性价比的变速恒频风力发电系统，由风叶1、机舱和塔筒2、机械传动装置21、发电机22、偏航器24、控制器25、输电线31和32，以及变电房4、升压变压器41、并网装置42、电网输电线5等组成，将电子变频装置用无环流整流子变频机代替，并安置在变电房4中，新系统具有谐波少、控制方便、技术维护简单、机舱重量轻等优点，尤其是制造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性价比变速恒频风力发电系统，系统由风叶１、机舱和塔筒２、机械和传动装置２１、发电机２２、偏航器２４、控制器２５、输电线３１和３２，以及变电房４、升压变压器４１、并网装置４２、电网输电线５等组成，其特征为：发电机输出的变频电流从机舱和塔筒２向下，通过输电线３１，输送到安装在变电房４中的变频装置，且变频装置为整流子变频机４０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：於岳亮，
申请(专利权)人：上海亿途信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]