多相永磁高压风力发电机及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多相永磁高压风力发电机，包括定子和转子，定子由定子轭、定子齿、铜线和绝缘组成，转子由转轴、永磁体、减重孔和转子铁心组成，所述定子分瓣，每瓣为一个单元电机，定子绕组为多相绕组结构；还公开了一种多相永磁高压风力发电机系统，包括风机、如权利要求1至8之一的多相发电机、PWM整流器和级联式并网逆变器，风机和多相发电机相连，每相发电机和PWM整流器相连实现单元稳压，然后通过H桥单元级联式并网逆变器实现与6kV-10kV高压电网并网发电。本发明专利技术可用于风力发电。电机相数增加，每相电流值降低，降低了对功率开关器件容量的要求；同时可使系统的可靠性提高，便于维修。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电
，多相永磁高压风力发电机及其系统。
技术介绍
在全球风电产业迅猛发展的背景下，风力发电机的单机容量不断增长，由于传统的风力发电机输出端电压690V,在向大容量风力发电机发展时，由于电机定子电流过大，发热量大易导致电机烧毁，降低了电机的使用寿命；其次，由于电压较低线损大，不论是陆上风电还是海上风电系统都需要额外配置变压器，同时变流器工作在大电流下，发热严重，冷却系统复杂，不利于其长期运行。
技术实现思路
目前，风力发电机存在成本高，输出电压较低、电流大、损耗高等问题。为了解决以上问题，一种多相永磁高压风力发电机，包括定子和转子，定子由定子轭、定子齿、铜线和绝缘组成，转子由转轴、永磁体、减重孔和转子铁心组成，所述定子分瓣，每瓣为一个单元电机，定子绕组为多相绕组结构。进一步，作为一种优选方案，所述定子绕组设计成十五相。进一步，定子绕组由五套三相绕组组成，每套绕组的接法与普通三相电机的接法一样，即各绕组在空间上彼此相差120°电角度，各套绕组在空间上彼此相差12°电角度。进一步，作为一种优选方案，所述定子绕组设计成十八相。进一步，作为一种优选方案，定子绕组由六套三相绕组组成，每套绕组的接法与普通三相电机的接法一样，即各绕组在空间上彼此相差120°电角度，各套绕组在空间上彼此相差10°电角度。进一步，作为一种优选方案，每套绕组三个出线端接整流逆变系统。进一步，作为一种优选方案，所述定子轭、定子齿由硅钢片叠成，采用矩形槽。进一步，作为一种优选方案，所述转子铁心由硅钢片叠成。进一步，作为一种优选方案，所述永磁体放置在转子表面或嵌入转子，永磁体采用径向充磁方式极性交错的排列在转子表面。本专利技术还公开了一种多相永磁高压风力发电机系统，包括风机、如权利要求I至8之一的多相发电机、PWM整流器和级联式并网逆变器，风机和多相发电机相连，每相发电机和PWM整流器相连实现单元稳压，然后通过H桥单元级联式并网逆变器实现与6kV-10kV高压电网并网发电。由于该发电机输出6000-10000伏线电压，对于现有的整流系统承受不了如此高压，因此设计成多相电机，由于电机相数增加，每一相输出电压将会降低，每相电流将会减小，以此适应整流逆变系统，降低对功率开关器件容量的要求。发电机经整流逆变装置后输出三相线电压为6000-10000伏的交流电，直接送入电网，省去了并网用的升压变压器。对于大容量的永磁风力发电机可将定子分瓣，每瓣为一个单元电机，每个单元电机可单独拆卸，便于维修。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，其中 图I风力发电机定、转子三维结构示意图；图2为风力发电机定子径向截面结构示意图；图3为风力发电机转子径向截面结构示意图；图4为多相高压风力发电机定子分瓣示意图；图5为高压、多相风力发电系统的结构框图；图6为十八相高压风力发电系统的控制框图；图7为十五相高压风力发电系统的控制框图。具体实施例方式以下参照图1-7对本专利技术的实施例进行说明。为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例I如图I 3所示，本专利技术提供了一种多相永磁高压风力发电机，包括定子100和转子200，定子100由定子轭I、定子齿2、铜线3和绝缘4组成，转子200由转轴5、永磁体6、减重孔7和转子铁心8组成，所述定子100分瓣，每瓣为一个单元电机101，定子100绕组为多相绕组结构。该风力发动机设计成多相电机，使风力发电系统稳定性提高，同时降低了对电力电子器件容量的要求。实施例2如图6所示，一种多相永磁高压风力发电机，所述定子绕组设计成十八相，定子绕组由六套三相绕组组成，每套绕组的接法与普通三相电机的接法一样，即各绕组在空间上彼此相差120°电角度，各套绕组在空间上彼此相差10°电角度。实施例3如图7所示，一种多相永磁高压风力发电机，所述定子绕组设计成十五相，定子绕组由五套三相绕组组成，每套绕组的接法与普通三相电机的接法一样，即各绕组在空间上彼此相差120°电角度，各套绕组在空间上彼此相差12°电角度。实施例4如图5所示，一种多相永磁高压风力发电机系统，包括风机10、如权利要求I至8之一的多相发电机20、PWM整流器30和级联式并网逆变器40，风机10和多相发电机20相连，每相发动机20和PWM整流器30相连实现单元稳压，然后通过H桥单元级联式并网逆变器40实现与6kV-10kV高压电网并网发电。为了降低风力发电的成本，改善传统风力发电机输出电压较低、电流大、损耗高的特点，本专利技术提出一种多相永磁高压风力发电机及其驱动控制系统，该电机输出电压较高，降低电机损耗和发热；设计成多相电机，使风力发电系统稳定性提高，同时降低了对电力电子器件容量的要求。驱动控制系统采用PWM整流器30实现单元稳压，然后通过H桥单元级联式并网逆变器40实现与6kV-10kV高压电网并网发电。定子绕组设计成十五相或十八相，转子放置永磁体，经整流逆变系统后输出6000-10000伏线电压，然后送入电网。发电机为多相绕组输出，采用PWM整流控制技术，实现每个单元输出稳定电压，单元之间采用级联式的工作方式，实现单相高压输出。 所述定子绕组有十五个或十八个出线端，每套绕组三个出线端接整流逆变系统。所述定子铁心1、2由硅钢片叠成，定子采用矩形槽。所述转子铁心8由硅钢片叠成，永磁体6放置在转子表面或嵌入转子，永磁体6采用径向充磁方式极性交错的排列在转子表面。所述风力发电系统驱动控制部分包括发电机侧PWM整流器、电网侧PWM逆变器以及低电压穿越性能控制。所述发电机侧PWM整流器采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略，实现单位功率因数和直流端电压的恒定。所述电网侧PWM逆变器采用低压器件组成多个功率单元级联实现高压输出，输入侧的降压变压器采用移相方式。所述低电压穿越性能控制技术是在直流端并接卸荷电阻，在低压穿越期间通过控制卸荷电阻的导通时间来消耗掉一部分能量，以减小后级并网的电流，保护后级器件。如上所述，对本专利技术的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本专利技术的专利技术点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本专利技术的保护范围之内。权利要求1.一种多相永磁高压风力发电机，包括定子和转子，定子由定子轭、定子齿、铜线和绝缘组成，转子由转轴、永磁体、减重孔和转子铁心组成，其特征在于所述定子分瓣，每瓣为一个单元电机，定子绕组为多相绕组结构。2.如权利要求I所述的一种多相永磁高压风力发电机，其特征在于所述定子绕组设计成十五相。3.如权利要求2所述的一种多相永磁高压风力发电机，其特征在于定子绕组由五套三相绕组组成，每套绕组的接法与普通三相电机的接法一样，即各绕组在空间上彼此相差120°电角度，各套绕组在空间上彼此相差12°电角度。4.如权利要求I所述的一种多相永磁高压风力发电机，其特征在于所述定子绕组设计成十八相。5.如权利要求4所述的一种多相永磁高压风力发电机，其特征在于定子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟力，高晗璎，张奕黄，张美巍，曹君慈，张晓晨，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：