风力发电系统和风力发电系统的控制方法技术方案

本申请提出一种风力发电系统和风力发电系统的控制方法，风力发电系统包括叶轮、双馈变速装置和同步发电机。叶轮用于受风能推动而旋转，双馈变速装置包括外转子、内转子和变流器，外转子套设内转子，叶轮与内转子传动连接以驱动内转子旋转，内转子通过变流器从电网取电或向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，外转子在旋转磁场的作用下恒速旋转，外转子与同步发电机的输入端传动连接，以驱动发电机稳定发电输出恒频电能。发电输出恒频电能。发电输出恒频电能。

【技术实现步骤摘要】
风力发电系统和风力发电系统的控制方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其是涉及一种风力发电系统和风力发电系统的控制方法。

技术介绍

[0002]传统的风力发电系统包括叶轮、发电机以及变频器，叶轮在风能的带动下转动，进而驱动发电机发电，由于叶轮的转速受风况的影响较大，因此在复杂风况下，若将发动机产生的电能并入电网，需要配合逆变器等电力电子装置，而电力电子装置是一种静态设备，几乎不存在转动惯量，无法为电网提供必要的电压和频率支撑，增大了电网出现大的频率偏差的风险。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种风力发电系统和风力发电系统的控制方法。
[0004]根据本专利技术实施例的风力发电系统，包括：叶轮，所述叶轮用于受风能推动而旋转；双馈变速装置，所述双馈变速装置包括外转子、内转子和变流器，所述外转子套设所述内转子，所述叶轮与所述内转子传动连接以驱动所述内转子旋转，所述内转子通过所述变流器从电网取电或向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，所述外转子在所述旋转磁场的作用下恒速旋转；同步发电机，所述外转子与所述同步发电机的输入端传动连接，以驱动所述发电机稳定发电输出恒频电能。
[0005]根据本专利技术实施例提供的风力发电系统通过设置变速比可调的双馈变速装置，使叶轮的动能能够稳定输入同步发电机中，使同步发电机能够恒频发电，同步发电机能够直接向电网中输电，替代了传统风力发电系统中的逆变器等电力电子装置。双馈变速装置的恒定输出转速实现了风力发电系统电流频率的稳定输出，可以应对复杂风况，有效地解决了传动风力发电系统中存在的由于风况复杂引起的电流并网难题。
[0006]此外，由于本申请提供的风力发电系统并网时无需采用电力电子装置解耦、整流、调频、稳压，解决了目前电网中由电力电子装置的使用导致的总的转动惯量不断减小的问题，能够提高电网中的转动惯量，为电网提供必要的电压和频率支撑，降低了电网出现大的频率偏差的风险，使电力系统能够安全稳定的运行，并提高了电网高效接纳新能源的能力。
[0007]在一些实施例中，所述内转子包括内转子铁芯和内转子绕组，所述外转子包括外转子铁芯和外转子绕组，所述变流器与所述内转子绕组相连。
[0008]在一些实施例中，所述同步发电机用于将产生的电能输入电网。
[0009]在一些实施例中，风力发电系统还包括变速装置，所述叶轮与所述变速装置的输入端传动连接，所述变速装置的输出端与所述内转子传动连接。
[0010]在一些实施例中，所述变速装置为具有固定变速比的变速装置。
[0011]在一些实施例中，，所述变速装置为变速比可调的变速装置。
[0012]在一些实施例中，所述变速装置为齿轮变速器、液力变矩器、磁力变液器或永磁变速器。
[0013]在一些实施例中，风力发电系统包括控制器，所述控制器用于控制所述内转子从电网取电或向电网放电，以使所述内转子的旋转磁场的转速恒定在预设值，所述控制器包括：
[0014]输入转速检测模块，所述输入转速检测模块用于检测所述内转子的机械转速；
[0015]运算模块，所述运算模块用于根据所述内转子的旋转磁场转速＝内转子的机械转速+内转子电流匹配的磁场转速，运算出所述内转子电流匹配的磁场转速的理想值；
[0016]控制模块，所述控制模块用于根据所述内转子电流匹配的磁场转速的理想值，控制所述内转子通过所述变流器从电网取电或向电网放电，以使所述内转子的旋转磁场转速保持恒定。
[0017]根据本专利技术另一方面实施例提供的风力发电系统的控制方法，包括：
[0018]所述叶轮受风能推动而旋转；
[0019]所述叶轮带动所述双馈变速装置的所述外转子旋转；
[0020]所述内转子通过所述变流器从电网取电或向电网放电，使所述内转子的旋转磁场的转速恒定，所述外转子在所述旋转磁场的作用下旋转且转速保持在预设值；
[0021]所述同步发电机在所述外转子的驱动下运转，产生频率恒定的电能。
[0022]在一些实施例中，所述内转子通过所述变流器从电网取电或向电网放电，具体地包括：根据内转子的旋转磁场转速r0＝内转子的机械转速r1+内转子电流匹配的磁场转速r2，
[0023]当r1小于所述预设值时，所述内转子通过所述变流器从电网取电，使r2为正值，以便使r0等于所述预设值；
[0024]当r1大于所述预设值时，所述内转子通过所述变流器从电网放电，使r2为负值，以便使r0等于所述预设值。
[0025]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]图1是根据本专利技术实施例一的风力发电系统的示意图。
[0027]图2使双馈变速装置的结构示意图。
[0028]图3是根据本专利技术实施例二的风力发电系统的示意图。
[0029]图4是根据本专利技术实施例三的风力发电系统的示意图。
[0030]附图标记：
[0031]风力发电系统1；叶轮11；双馈变速装置12；外转子121；内转子122；同步发电机13；变流器14；第一变速装置15；第二变速装置16。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]下面根据图1
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图4描述本专利技术的实施例的风力发电系统1。如图1所示，本专利技术实施例提供的风力发电系统1包括叶轮11、双馈变速装置12和同步发电机13。
[0034]叶轮11用于受风能推动而旋转产生动能。双馈变速装置12用于传导叶轮11由于转动产生的转动惯量，以及驱动同步发电机13产生并输出电能。
[0035]双馈变速装置12包括外转子121、内转子122和变流器14，外转子121套设内转子122。叶轮11与内转子122传动连接以驱动内转子122旋转，内转子122通过变流器14从电网取电或者向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，外转子121在旋转磁场的作用下恒速旋转。变流器14可以为双向背靠背IGBT电压源变流器。
[0036]外转子121与同步发电机13的输入端相连，由于外转子121的转速能够保持恒定，同步发电机13发电接入电网并向电网中输入具有稳定频率的电能。内转子122的机械转速与外转子121的机械转速之比可以看作双馈变速装置12的传动比，因此双馈变速装置12是一种可变传动比的变速装置。
[0037]变流器14能够向内转子122施加转差频率的电流进行励磁，并且可以调节励磁电流的频率、电压、幅值和相位。内转子122实际产生的旋转磁场的转速为经过变流器14通入的电流匹配的旋转磁场转速与其机械转速的叠加，外转子121在旋转磁场的作用下转动，外转子121的转速等于内转子122的磁场转速，从而实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电系统，其特征在于，包括：叶轮，所述叶轮用于受风能推动而旋转；双馈变速装置，所述双馈变速装置包括外转子、内转子和变流器，所述外转子套设所述内转子，所述叶轮与所述内转子传动连接以驱动所述内转子旋转，所述内转子通过所述变流器从电网取电或向电网放电以产生恒定转速的旋转磁场，所述外转子在所述旋转磁场的作用下恒速旋转；同步发电机，所述外转子与所述同步发电机的输入端传动连接，以驱动所述发电机稳定发电输出恒频电能。2.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述内转子包括内转子铁芯和内转子绕组，所述外转子包括外转子铁芯和外转子绕组，所述变流器与所述内转子绕组相连。3.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，所述同步发电机用于将产生的电能输入电网。4.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，还包括变速装置，所述叶轮与所述变速装置的输入端传动连接，所述变速装置的输出端与所述内转子传动连接。5.根据权利要求4所述的风力发电系统，其特征在于，所述变速装置为具有固定变速比的变速装置。6.根据权利要求4所述的风力发电系统，其特征在于，所述变速装置为变速比可调的变速装置。7.根据权利要求4
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6任一项所述的风力发电系统，其特征在于，所述变速装置为齿轮变速器、液力变矩器、磁力变液器或永磁变速器。8.根据权利要求1所述的风力发电系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于控制所述内转子从电网取电或向电网放电，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，沈峰，白宁，赵静，王曙光，王绪伟，刑学奇，赵钊，李鹏，刘腾飞，冯晨，李海鹏，韩雨辰，王际辉，兰昊，牛明宇，董博，李莹，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：