全功率鼠笼机组风力发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种全功率鼠笼机组风力发电装置，包括：叶片、齿轮箱、鼠笼异步发电机、全功率变频器、并网变压器，其中，叶片通过轴与齿轮箱相连接；齿轮箱通过联轴器与鼠笼异步发电机相连接；全功率变频器将鼠笼异步发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交流电；并网变压器将全功率变频器输出的交流电升压后接入电网。本实用新型专利技术采用全功率技术，可以较好地满足低电压穿越的要求，减少对电网的冲击，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行，克服了现有技术中存在的问题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

全功率鼠笼机组风力发电装置
本技术涉及电力领域，具体而言，涉及一种全功率鼠笼机组风力发电装置。
技术介绍
变速恒频发电技术已成为当前风力发电的主流技术，变速恒频风力发电系统具 有以下共同的优点(1)可最大限度地捕捉风能；( 较宽的转速运行范围，以适应由于风速变化引起的风力机转速的变化；(3)采用一定的控制策略可灵活调节系统的有功功率和无功功率；(4)采用先进的PWM控制，可以抑制谐波，减小开关损耗，提高效率，降低成 本。变速恒频发电机组可以有多种形式，主要有以下四种方案(1)交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统；(2)无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统；(3)笼型异步发电机变速恒频风力发电系统；(4)永磁同步发电机变速恒频风力发电系统。无刷双馈发电机与交流励磁双馈发电机相比，没有滑环和电刷，既降低了电机 成本，又提高了系统运行的可靠性，并且只要采用部分功率的变频器即可，因此具有很 好的发展前途。但是由于结构复杂，理论研究有待进一步深入，所以此方案目前还较少 为风力发电设备生产商所采用。交流励磁双馈发电机也只需采用部分功率的变频器，具 有成本优势，其制造和控制技术都趋于成熟，是目前主流的机型，交流励磁双馈发电机 具有滑环和电刷结构，在长期满负荷工作状态下，可能出现因滑环和电刷损坏而引起的 发电机故障，一旦出现故障，因发电机安装在高空，维护起来将会不便。另外一种实用化的方案就是永磁同步发电机利用永磁体取代转子励磁磁场，其 结构比较简单、牢固。该系统不需要增速传动机构，转速低，机械损耗小，便于维护； 也不需要外部励磁，在低风速下可以高效率发电；还易于实现电网故障下发电机系统的 不间断运行，但是直驱型风电系统多采用低速多极永磁电机，体积庞大，安装不易，且 发电机的成本受永磁体成本的限制，一般只应用在小型风力发电系统中，不宜在规模化 的风场中应用。鼠笼电机在早期的风电设计中用到过，但受制于当时变频器技术，早期 技术都是小功率的发电装置。然而，由于现有技术中电力系统的低电压穿越(Low Voltage RideThrough, LVRT)能力较差，当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落 后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性。
技术实现思路
本技术用于提供一种全功率鼠笼机组风力发电装置，以提高电力系统的低 电压穿越能力，增强系统运行的稳定性。本技术提供了一种全功率鼠笼机组风力发电装置，包括叶片、齿轮箱、 鼠笼异步发电机、全功率变频器、并网变压器，其中，叶片通过轴与齿轮箱相连接；齿 轮箱通过联轴器与鼠笼异步发电机相连接；全功率变频器将鼠笼异步发电机输出的交流 电转换为与电网的相位和频率一致的交流电；并网变压器将全功率变频器输出的交流电 升压后接入电网。进一步地，上述全功率鼠笼机组风力发电装置中还包括控制系统，其包括 主控制单元以及分别与其相连接的偏航和桨距角控制单元、变频器控制单元和并网控制 单元，其中，主控制单元采集风向、风速、叶片的转速和电网电压，并对其进行处理生 成控制命令；偏航和桨距角控制单元与叶片相连接，并根据主控制单元的控制命令调整 叶片的迎风角和节距角；变频器控制单元分别与全功率变频器和鼠笼异步发电机相连 接，根据主控制单元的控制命令控制全功率变频器将鼠笼异步发电机输出的交流电转换 为与电网的相位和频率一致的交流电，并控制鼠笼异步发电机的输出功率；并网控制单 元与并网变压器相连接。进一步地，上述偏航和桨距角控制单元还包括解绕部分，根据主控制单元的 控制命令对多次缠绕的电缆进行解绕。进一步地，上述全功率鼠笼机组风力发电装置中还包括保护系统，其包括相 连接的参数采集单元和继电保护单元，其中，参数采集单元分别采集鼠笼异步发电机的 输出电压和电流、全功率变频器中直流母线的电压、全功率变频器网侧的电压和电流以 及电网的电压、频率和相位；继电保护单元，将参数采集单元采集到的各项参数与设定的 极限值进行比较，当各项参数中的任一项超过其对应的极限值时，停止风力机的运行。本实施例采用全功率技术，可以较好地满足低电压穿越的要求，减少对电网的 冲击，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行，克服了现有技术中存在的问题。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本技术一个实施例的全功率鼠笼机组风力发电装置示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。风力发电系统是一个将风能转换为机械能，再转化为电能的过程。其中将风能转化为机械能的过程由风力机完成的，机械能转化为电能的过程是由发电机完成的，而 风力机与发电机之间是通过传输轴、齿轮箱等机械传输机构完成机械能传递的。风力机 所捕获风能的多少，以及风力机输出机械能的质量主要是由风能和风力机的气动特性决 定的。风能主要以风速的形式反映，而风力机输送给发电机的机械能还与传输轴、齿轮 箱等机械部分的特性密切相关。图1是根据本技术一个实施例的全功率鼠笼机组风力发电装置示意图。该 装置包括叶片、齿轮箱、鼠笼异步发电机、全功率变频器、并网变压器(图中未示 出)，其中，叶片通过轴与齿轮箱相连接；齿轮箱通过联轴器与鼠笼异步发电机相连 接；全功率变频器将鼠笼异步发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交 流电；并网变压器将全功率变频器输出的交流电升压后接入电网。该装置工作原理如下当自然风速超过风机的启动风速之后，风机转到迎风位 置且叶片逐渐旋转至工作位置，增速箱将轮毂转速按固定变比进行放大，发电机转子与 增速箱通过联轴器柔性连接，鼠笼电机定子与全功率变频器一边连接，全功率变频器将 鼠笼发电机发出的电经过整定后，经变压器升压后输送到电网。由感应电机的工作原理 可知，要使感应电机发出有功功率，不仅须有外施力矩使转子沿着同步转速方向旋转且而且还必须供给感应电机滞后的无功功率以建立磁场。该装置中，发电 机直接连接电网，滞后的无功功率直接从电网输入，无需增加无功输入单元。本实施例采用全功率技术，可以较好地满足低电压穿越的要求，减少对电网的 冲击，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行，故障率较低，使用寿命较长，更 适于在恶劣环境下工作。本技术实施例中对全功率鼠笼机组风力发电装置的功率不加限定，例如可 以为1.5MW和3MW。进一步地，上述全功率鼠笼机组风力发电装置中还包括控制系统，其包括 主控制单元以及分别与其相连接的偏航和桨距角控制单元、变频器控制单元和并网控制 单元，其中，主控制单元采集风向、风速、叶片的转速和电网电压，并对其进行处理生 成控制命令；偏航和桨距角控制单元与叶片相连接，并根据主控制单元的控制命令调整 叶片的迎风角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全功率鼠笼机组风力发电装置，其特征在于，包括：叶片、齿轮箱、鼠笼异步发电机、全功率变频器、并网变压器，其中所述叶片通过轴与所述齿轮箱相连接；所述齿轮箱通过联轴器与所述鼠笼异步发电机相连接；所述全功率变频器将所述鼠笼异步发电机输出的交流电转换为与电网的相位和频率一致的交流电；所述并网变压器将所述全功率变频器输出的交流电升压后接入所述电网。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李常，吴霞，王潞钢，
申请(专利权)人：华锐风电科技集团股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]