一种双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统，与三相电网并网连接，包括水轮机、基架、主轴、增速齿轮箱、双馈异步发电机、励磁变流器及密封舱；所述水轮机安装在基架上，主轴连接在水轮机、增速齿轮箱和双馈异步发电机之间；励磁变流器包括发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元；在发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容；双馈异步发电机中的定子、转子均为绕线式结构，其中定子与所述三相电网直接连接，转子与发电机侧变流器单元连接，电网侧变流器单元与三相电网连接；且除水轮机及基架外的其他设备均设置在密封舱内。该发电系统能在海水流速较宽的范围内产生电能，可实现并网，适于工程上大规模应用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及海流发电
，具体地，涉及一种基于双馈异步发电机的变速恒频型海流发电系统。
技术介绍
近年来，随着我国国民经济的快速发展，电力不足问题日益严重。特别是东部沿海地区为我国的电力负荷中心所在，每年的电力消费约占全国的40%。而这些地区煤、石油等常规能源比较匮乏，但东部沿海地区海洋资源丰富，蕴藏着巨大的海流能，如能通过发电装置将海流能转换为电能，将有效地缓解东部沿海地区的用电紧张形势。我国的辽宁、山东、 浙江、福建和台湾等都具有极好的能源开发条件和环境，开发潜力和商业化大规模开发的经济性巨大。将海流能转换为电能，需要有合适的海流发电系统。工程化的海流发电系统必须在海水流速较宽的范围内产生电能，并能实现并网。但目前我国在海流发电技术研究方面， 还处于起步阶段，已有的小功率试验样机，都是离网型，难以在工程上得到大规模应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能在海水流速较宽的范围内产生电能、提高发电效率，并可以在工程上大规模应用的并网型双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统。实现上述目的的技术方案如下一种双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统，与三相电网并网连接，包括水轮机、基架、主轴、增速齿轮箱、双馈异步发电机、励磁变流器及密封舱；所述水轮机安装在基架上，主轴连接在水轮机、增速齿轮箱和双馈异步发电机之间；所述励磁变流器包括发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元；在所述发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容；所述双馈异步发电机中的定子、转子均为绕线式结构，其中定子与所述三相电网直接连接，转子与发电机侧变流器单元连接，电网侧变流器单元与三相电网连接； 且所述海流发电系统中除水轮机及基架外的其他设备均设置在所述密封舱内。进一步地，所述励磁变流器采用背靠背两电平全桥式结构；其中发电机侧变流器单元与电网侧变流器单元相同，均包括三个并联的桥臂，每个桥臂均由两个首尾相接串联的IGBT模块组成；每个IGBT模块由一个IGBT与一个反向二极管并联组成；每个桥臂中的上端的IGBT的集电极与所述直流电容的正端连接；每个桥臂中的下端的IGBT的发射极与所述直流电容的负端连接。进一步地，所述电网侧变流器单元还包括电抗器，电抗器一端与电网侧变流器单元的每个桥臂中的上端IGBT的发射极相连，另一端与三相电网相连。进一步地，所述水轮机采用两叶片或三叶片结构，叶片对称地分布在水轮机的水轮圆周上。在本技术中，水轮机是将海流能转化为机械能的装置，被安装在基架上，采用三叶片或两叶片结构。叶片的数量和直径由所需要的动力和海水深度确定。水轮机的转速和受力可通过控制系统进行调节。主轴连接在水轮机、增速齿轮箱和双馈异步发电机之间，将水轮机的动力传递到增速齿轮箱和双馈异步发电机。增速齿轮箱处在水轮机和双馈异步发电机之间，将水轮机的大力矩、低转速转换为双馈异步发电机的小力矩、高转速，驱动双馈异步发电机转子高速旋转。增速齿轮箱的增速比按照双馈异步发电机的转速和水轮机的设计转速进行确定。双馈异步发电机的定子、转子均采用绕线式结构，其中定子连接在三相电网，转子同励磁变流器连接，定子的电压幅值、频率、相位及输出功率可由励磁变流器控制；励磁变流器采用背靠背结构，可实现能量双向流动。本技术的双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统，可按照捕获最大海流能的要求，在海水流速变化的情况下实时地调节水轮机转速，使之始终运行在与该海水流速对应的最佳转速上，从而提高了系统发电效率，优化了系统的运行条件；还可通过励磁变流器控制发电机与电网系统之间实现良好的柔性连接，比传统的恒速恒频发电系统可降低并网电流的冲击幅值；励磁变流器容量仅为系统输出额定功率的转差功率，可大幅降低变流器的开发难度和成本。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术的双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术的双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统，与三相电网并网连接，包括水轮机1、基架(图中未示出)、主轴2、增速齿轮箱3、双馈异步发电机4、 励磁变流器及密封舱(图中未示出)；水轮机1安装在基架上；其采用两叶片或三叶片结构，叶片对称地分布在水轮机1的水轮圆周上；主轴2连接在水轮机1、增速齿轮箱3和双馈异步发电机4之间；双馈异步发电机4中的定子如、转子4b均为绕线式结构，其中定子 4a同三相电网直接连接，转子4b经励磁变流器与三相电网连接。励磁变流器包括与双馈异步发电机1连接的发电机侧变流器单元及与三相电网连接的电网侧变流器单元；在发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容11。励磁变流器采用背靠背两电平全桥式结构；其中发电机侧变流器单元包括三个并联的桥臂；每个桥臂均由两个首尾相接串联的IGBT模块(5、8 ；6、9 ；7,10)组成；每个IGBT 模块5、6、7、8、9、10由一个IGBT与一个反向二极管并联组成；每个桥臂中的上端的IGBT5、 6、7的集电极与直流电容11的正端连接；每个桥臂中的下端的IGBT8、9、10的发射极与直流电容11的负端连接。电网侧变流器单元也包括三个并联的桥臂；每个桥臂均由两个首尾相接串联的 IGBT 模块(12,15 ；13,16 ；14,17)组成；每个 IGBT 模块 12、13、14、15、16、17 由一个IGBT与一个反向二极管并联组成；每个桥臂中的上端的IGBT12、13、14的集电极与直流电容11的正端连接；每个桥臂中的下端的IGBT15、16、17的发射极与直流电容11的负端连接。电网侧变流器单元还包括电抗器18，电抗器18 —端与电网侧变流器单元的每个桥臂中的上端IGBT12、13、14的发射极相连；另一端与三相电网或变压器相连。上述实施例的海流发电系统中除水轮机1及基架外的其他设备均设置在密封舱内。同时，为了实现本发电机系统在海流能发电领域的应用，所有设备均应考虑到防海水腐蚀，并且水轮机1还应该具有防水生物附着功能。本技术的海流发电系统的工作原理是水轮机的叶片受到海流的作用力进行旋转，增速齿轮箱将水轮机的低转速、大力矩变换为高转速、小力矩，驱动发电机运行在发电的允许转速范围内。发电机侧变流器单元首先调节定子输出电压的幅值、频率和相位，使其满足并网要求；在发电机并网后，发电机侧变流器单元调节发电机定子输出无功功率和有功功率的大小，向电网输送电能；在发电机转速低于同步转速时，发电机侧变流器单元向发电机输送励磁功率；在发电机转速高于同步速时，发电机的转子会进入发电状态，并通过励磁变流器将能量传递到电网。在发电系统运行中，水轮机首先启动工作，并被调节处于较低转速运行状态，通过增速齿轮箱后，带动发电机空转；同时，电网侧变流器单元启动，并运行于整流状态，维持直流电压的稳定；然后，发电机侧变流器单元启动，对发电机的定子电压进行调节，使其满足并网要求；在发电机并网后，调节水轮机的受力状态和转速，使发电机处于发电运行状态， 发电机侧变流器单元调节发电机输出的功率，电网侧变本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双馈异步发电机变速恒频型海流发电系统，其特征在于，与三相电网并网连接，包括水轮机、基架、主轴、增速齿轮箱、双馈异步发电机、励磁变流器及密封舱；所述水轮机安装在基架上，主轴连接在水轮机、增速齿轮箱和双馈异步发电机之间；所述励磁变流器包括发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元；在所述发电机侧变流器单元及电网侧变流器单元之间还并联有直流电容；所述双馈异步发电机中的定子、转子均为绕线式结构，其中定子与所述三相电网直接连接，转子与发电机侧变流器单元连接，电网侧变流器单元与三相电网连接；且所述海流发电系统中除水轮机及基架外的其他设备均设置在所述密封舱内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宪平，郭靖，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11