兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种以中压鼠笼异步发电机作为风力发电机的兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统。包括鼠笼异步发电机、兆瓦级四象限交-直-交变流器、移相变压器，所述的变流器为多个功率单元串联组成的链式结构，变流链的另一端与鼠笼异步发电机对应的定子绕组相连；该风力发电系统采用中压鼠笼异步发电机，尺寸小、重量轻、安装方便、免维护；电压等级为中压；无需增速齿轮箱与电刷等特点，可以更大限度提高风力发电系统的容量，降低制造大容量电机的难度与成本，提高系统可靠性，便于实现低电压穿越功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力发电系统，特别涉及一种以中压鼠笼异步发电机作为风力发电机的兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统。
技术介绍
国内目前现有的风力发电系统主要采用两种风力发电技术直驱型与双馈型。直驱型风力发电技术的风力发电机主要采用永磁同步发电机，其主要缺点在于永磁材料价格飞涨，导致制造永磁同步发电机的成本大幅度上升，严重影响风电场建设成本与风力发电方式的竞争力；双馈型风力发电技术采用线绕转子异步发电机，虽然其成本低、重量轻，但由于存在增速齿轮箱，且电机本身带有电刷，导致系统运行的可靠性低，特别是长期以来难以解决由于电网电压偶尔跌落而使风力发电系统无法正常运行的问题，使风力发电系统难以实现低电压穿越功能。为了解决永磁同步发电机成本高的问题，有人提出采用电励磁同步发电机替代永磁同步发电机的设想。然而在相同功率等级下，电励磁同步发电机要远比永磁同步电机重量重很多，给风力发电系统新增许多结构、机械承受力方面的问题；而且由于有刷式电励磁同步发电机带有电刷，影响了风力发电系统运行的可靠性，而无刷式电励磁同步发电机长度更长、重量更重，导致结构与机械承受力方面的问题更加突出。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统，该风力发电系统采用中压鼠笼异步发电机，尺寸小、重量轻、安装方便、免维护；电压等级为中压；无需增速齿轮箱与电刷等特点，可以更大限度提高风力发电系统的容量，降低制造大容量电机的难度与成本，提高系统可靠性，便于实现低电压穿越功能。本技术采用基于全控型功率开关器件的功率单元串联技术，使电压等级升高至中压，系统承受电流等级大大降低，当电网出现瞬时电压跌落故障时，可提供更高的对电网的支撑能力，提高了风力发电系统的运行的安全性与可靠性；同时多功率单元串联的方式还可以实现多电平输出，提高输出电能质量，减少了风力发电系统对电网的污染；此外，该风力发电系统的交-直-交型变流器兼有动态无功发生器的功能，可以对电网的无功进行实时、有效地补偿。为实现上述目的，本技术通过以下技术方案实现兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统，包括鼠笼异步发电机、兆瓦级四象限交-直-交变流器、移相变压器，所述的兆瓦级四象限交-直-交变流器为多个功率单元串联组成的链式结构，每相为一条变流链；三个变流链的一端连接在一起形成该三相的星形中性点，三个变流链的另一端与鼠笼异步发电机对应的定子绕组相连；鼠笼异步发电机发出的三相交流电，经每相变流链中的功率单元整流模块整流转换成直流电，再经该功率单元的逆变模块将直流电转换成交流电，每个变流链中各功率单元的三相交流输、出端再连接至移相变压器对应相的副边绕组；通过移相变压器的铁心耦合至移相变压器的原边三相绕组，变压器的原边A、B、C三相绕组分别与电网的A、B、C三相连接，实现向电网输送中高压电能。所述的鼠笼异步发电机的三相输出端直接与兆瓦级四象限交-直-交变流器对应相变流链功率单元整流模块相连接，机械传动无需增速齿轮箱。所述的鼠笼异步发电机采用中压鼠笼 异步发电机。所述变流链的功率单元由H桥整流模块、直流支撑电容、斩波制动模块和三相逆变模块由输入侧至输出侧依次连接组成，每个变流链中n个H桥整流模块相连接构成链式结构，三个变流链的一端连接在一起形成该三相的星形中性点，三个变流链的另一端与鼠笼异步发电机对应的定子绕组相连；每条链中每个功率单元的逆变模块三相交流输出端连接至移相变压器对应相的副边绕组，向电网输送中高压电能。该风力发电系统除适用于三相鼠笼异步发电机外，还可与多相鼠笼异步发电机配套使用，如多相鼠笼异步发电机具有M套三相定子绕组，则所述兆瓦级四象限交-直-交变流器具有3M条变流链，与每套定子绕组相连的三个变流链的一端连接在一起，每条变流链另一端连接至多相鼠笼异步发电机每套定子绕组中的一相。所述的风力发电系统还可兼作动态无功发生器，实现对电网的无功进行实时补m\-ZX o与现有风力发电技术相比，本技术在以下诸方面具有显著优势I)与永磁同步发电机相比，制造鼠笼异步发电机的成本远比制造永磁同步发电机的成本低很多，使建设风电场更具经济效益。2)与有刷电励磁同步发电机和无刷电励磁同步发电机相比，鼠笼异步发电机体积小、重量轻、安装方便、免维护、成本低、可靠性高，可减少发电系统新增许多结构、机械承受力方面的问题。3 )与应用双馈线绕异步发电机相比，直驱型中压鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统采用无增速齿轮箱设计，没有齿轮箱漏油、渗油和齿轮齿断裂问题，可靠性极高、而且便于实现低电压穿越功能。4)采用三相或多相中压的鼠笼异步发电机，同样功率条件下，系统承受电流等级降低，可以更大限度地提高风力发电系统的容量，降低制造大容量电机的难度与成本。5)兆瓦级直驱式交-直-交型变流器采用多功率单元串联的方式实现多电平输出，大大提高了输出电能质量，减少风力发电系统对电网的污染。6)兆瓦级直驱式交-直-交型变流器的变流链结构便于高电压等级的输出。7)兆瓦级直驱式交-直-交型变流器可兼作动态无功发生器，对电网提供支撑和补偿。附图说明图I是兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统电气连接示意图；图2是兆瓦级直驱型交-直-交变流器基本功率单元电气结构示意图；图3是H桥整流模块不意图；图4是功率单兀H桥整流模块串联方式不意图；图5是与多相鼠笼异步发电机配套使用连接方式示意图；图6是A、B、C三相电网侧逆变模块控制框图；图7是中压鼠笼异步发电机侧控制框图。具体实施方式兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风力发电系统，包括中压鼠笼异步发电机M、兆瓦级四象限交-直-交变流器、移相变压器，机械传动部分采用无增速齿轮箱设计。见图1，兆瓦级四象限交-直-交变流器为多个功率单元串联组成的链式结构，每相为一个变流链；三个变流链的一端连接在一起形成该三相的星形中性点，三个变流链的另一端与鼠笼异步发电机对应的定子绕组相连；鼠笼异步发电机发出三相交流电，经每相变流链中的功率单元整流模块整流转换成直流电，再经该功率单元的逆变模块将直流电转换成交流电，每个变流链中各功率单元的三相交流输出端再连接至移相变压器对应相的副边绕组；通过移相变压器的铁心耦合至移相变压器的原边三相绕组，变压器的原边A、B、C三相绕组分别与电网I的A、B、C三相连接，实现向电网I输送中高压电能。·鼠笼异步发电机输出电压等级决定了每相所串联的功率单元的数量，每相由n个功率单元组成，因此兆瓦级直驱型交-直-交变流器共包括3n个功率单元。与三相中压鼠笼异步发电机配套的四象限交-直-交变流器共需三个变流链，三个变流链的一端连接在一起形成该三相的星形中性点，三个变流链的另一端通过滤波电抗器(如果发电机的定子漏抗较大且du/dt耐受能力强，滤波电抗器可不必采用)与中压鼠笼异步发电机M对应的定子绕组相连。见图2，与中压鼠笼式异步发电机配套使用的兆瓦级直驱式交-直-交型变流器，包括若干功率单元，每个功率单元由H桥整流模块2、直流支撑电容C、斩波制动模块3和三相逆变模块4组成。H桥整流模块是由全控型功率开关器件组成双半桥结构，每个半桥上包含两个全控功率开关器件，每个半桥上两个全控功率开关器件的连接点作为H桥整流模块的两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交-直-交风カ发电系统，其特征在于，包括鼠笼异步发电机、兆瓦级四象限交-直-交变流器、移相变压器，所述的兆瓦级四象限交-直-交变流器为多个功率単元串联组成的链式结构，每相为ー个变流链；三个变流链的一端连接在一起形成该三相的星形中性点，三个变流链的另一端与鼠笼异步发电机对应的定子绕组相连；鼠笼异步发电机发出的三相交流电，经每相变流链中的功率単元整流模块整流转换成直流电，再经该功率単元的逆变模块将直流电转换成交流电，每个变流链中各功率単元的三相交流输出端再连接至移相变压器对应相的副边绕组；通过移相变压器的铁心耦合至移相变压器的原边三相绕组，变压器的原边A、B、C三相绕组分别与电网的A、B、C三相连接。2.根据权利要求I所述的兆瓦级直驱型鼠笼异步发电机交...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴，白德芳，郭自勇，王文举，龙浩，王丹，于长义，丁雅丽，王绪宝，孙贤大，崔效毓，
申请(专利权)人：荣信电力电子股份有限公司，
类型：实用新型
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