專利名稱:獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于電氣裝備范圍,特別涉及一種獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù):
風(fēng)能作為一種無污染、可再生的新能源有著廣闊的發(fā)展前景,在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。我國是風(fēng)力資源比較豐富的國家,在沿海島嶼,交通不便的邊遠山區(qū),地廣人稀的草原牧場,以及遠離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達到的農(nóng)村、邊疆和少數(shù)民族地區(qū),風(fēng)力發(fā)電成為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑,可以取得很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
截止2000年底,我國小型風(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)企業(yè)累計生產(chǎn)各種小型風(fēng)力發(fā)電機組197940臺,總裝機容量為50.227萬千瓦,年發(fā)電量7066千瓦時。(摘自解放軍報據(jù)專家預(yù)計,到2010年我國風(fēng)力發(fā)電裝機容量可達400萬千瓦,到2020年達600萬至800萬千瓦。目前中國小型風(fēng)電機的裝機能力是每年30000臺。有關(guān)部門對內(nèi)蒙古草原一個四口之家的調(diào)查顯示,在安裝風(fēng)力發(fā)電機之前,使用煤油燈、蠟燭、手電筒等照明,年均費用為261元人民幣。安裝100瓦風(fēng)力發(fā)電機后,年均費用為222元人民幣。風(fēng)能發(fā)電不僅為牧民省了錢,而且改善了供能和生活質(zhì)量。實踐證明,在非并網(wǎng)地區(qū),使用小型風(fēng)電技術(shù)比使用傳統(tǒng)能源供電更為有利。)中國10米高度層的風(fēng)能資源總儲量為32.26億千瓦,其中實際可開發(fā)利用的風(fēng)能資源儲量為2.53億千瓦。而以到2020年預(yù)計達800萬千瓦裝機容量計,仍僅占實際可開發(fā)利用風(fēng)能的3.2%,可見開發(fā)利用風(fēng)能潛力之巨大。
根據(jù)異步電機理論,獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機運行時,需有容性勵磁電流支持其建立穩(wěn)定的輸出電壓,此勵磁電流通常以在發(fā)電機輸出端并聯(lián)接入電容器獲得,當發(fā)電機負載及風(fēng)速變動時,欲維持發(fā)電機的電壓不變,須相應(yīng)地變動并接電容器的電容數(shù)值,既相應(yīng)變動容性勵磁電流的大小。
早期,常規(guī)獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機,其機端并聯(lián)接入一組定值三相電容器,其輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間小,電壓波動大,運行效率低;近幾年,針對上述僅并接一組定值三相電容器獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機運行時的明顯弱點,有人提出在發(fā)電機端并聯(lián)接入三相電容組,根據(jù)發(fā)電機負載及風(fēng)速變動情況,改變并聯(lián)接入三相電容器容值的大小,以較好地穩(wěn)定輸出電壓,改善發(fā)電機組性能。但其三相電容器組體積大,且因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊,及其控制容量較大、電壓為有級調(diào)節(jié)等原因,使得這種方法的控制成本及可靠性等方面仍有局限性。
目前,國內(nèi)獨立運行的風(fēng)力發(fā)電機,多為永磁同步發(fā)電機,由于其勵磁不可調(diào)節(jié),因此發(fā)電機所能適應(yīng)的風(fēng)速變化范圍有限,導(dǎo)致其輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間較小,同時風(fēng)力機的平均風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率不高,使整個發(fā)電系統(tǒng)整體效率不高;另外,永磁同步發(fā)電機與異步發(fā)電機相比,還有成本高,可靠性低的劣勢。這也是目前中、大容量風(fēng)力發(fā)電機廣泛采用三相異步發(fā)電機的根本原因。
與上述二種方法相比,本發(fā)明在獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機機端的定子繞組上,并聯(lián)接入靜止無功電源(SVG)裝置,具有無需三相電容組,控制容量小,體積小,輸出電壓更穩(wěn)定且可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),發(fā)電系統(tǒng)沒有了因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊,系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定,效率高,發(fā)電機輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間大等優(yōu)點。本專利在國內(nèi)未見報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。其特征在于,所述發(fā)電系統(tǒng)由6部分組成,在三相異步風(fēng)力發(fā)電機1機端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置,并通過開關(guān)和負載5連接;示意圖2中的虛線框內(nèi)所示就是靜止無功電源SVG裝置。從負載經(jīng)CT和SVG裝置的控制器2連接,從三相異步風(fēng)力發(fā)電機1的三相定子繞組通過PT和SVG裝置的控制器2連接,轉(zhuǎn)速檢測裝置6分別和控制器2和三相異步風(fēng)力發(fā)電機1連接。
所述靜止無功電源SVG裝置由控制器2、IGBT電路橋4和脈沖發(fā)生器3構(gòu)成。
所述IGBT電路橋為由六路IGBT和二極管組成的自換相橋式電路組成,其拓撲圖形如圖3。其直流側(cè)由直流電源供電,當觸發(fā)信號按控制器指令交替順序?qū)ǘ稩GBT支路時,可獲得三相交流電輸出,通過控制調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的輸出電流,達到控制調(diào)節(jié)電機輸出電壓的目的。
本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明在獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機機端的定子繞組上,并聯(lián)接入靜止無功電源(SVG)裝置,具有無需三相電容組,控制容量小,體積小,輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間大,且可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),發(fā)電系統(tǒng)沒有了因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊,系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定,效率高等優(yōu)點。
實驗表明,控制器容量與發(fā)電系統(tǒng)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速密切相關(guān),當控制器功率容量小于發(fā)電機容量45%時,維持輸出電壓穩(wěn)定的區(qū)間可達(0.5~1.8)倍額定轉(zhuǎn)速;由于發(fā)電機為籠型轉(zhuǎn)子三相異步電機,與同容量繞線式轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機或永磁同步發(fā)電機相比,成本大幅降低,而可靠性卻大幅提高。
圖1為發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖。
圖2發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖。
圖3為IGBT電路橋組成原理示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明運用異步電機理論,根據(jù)獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機運行時,需有容性勵磁電流支持其建立穩(wěn)定輸出電壓的結(jié)論,提出在獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機機端定子繞組上,并聯(lián)接入靜止無功電源(SVG)裝置,根據(jù)發(fā)電機的輸出電壓和轉(zhuǎn)速信號,動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流,以擴大發(fā)電機輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間、提高發(fā)電效率。
在示意圖1、圖2中,其發(fā)電系統(tǒng)由6部分組成,在三相異步風(fēng)力發(fā)電機1機端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置,并通過開關(guān)和負載5連接;示意圖2中的虛線框內(nèi)所示就是靜止無功電源SVG裝置。從負載經(jīng)CT和SVG裝置的控制器2連接,從三相異步風(fēng)力發(fā)電機1的三相定子繞組通過PT和SVG裝置的控制器2連接,轉(zhuǎn)速檢測裝置6分別和控制器2和三相異步風(fēng)力發(fā)電機1連接。
所述靜止無功電源SVG裝置由控制器2、IGBT電路橋4和脈沖發(fā)生器3構(gòu)成。
所述IGBT電路橋為由六路IGBT和二極管組成的自換相橋式電路組成,其拓撲圖形如圖3。直流側(cè)由直流電源供電,當觸發(fā)信號按控制器指令交替順序?qū)ǘ稩GBT支路時,可獲得三相交流電輸出,通過控制調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的輸出電流,達到控制調(diào)節(jié)電機輸出電壓的目的。
在上述獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電機機端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置,SVG的控制器2采集發(fā)電機的輸出電壓、轉(zhuǎn)速以及負載電流信號。電壓信號經(jīng)PT輸入控制器2后,與參考電壓比較形成閉環(huán)控制,生成所需的勵磁電流的幅值與相位,控制器2按照負載狀況及電機轉(zhuǎn)速生成所需的頻率信號,一起送入脈沖觸發(fā)器3,經(jīng)脈沖觸發(fā)器調(diào)節(jié),向IGBT電路橋4輸出6路控制信號,使IGBT電路橋4向發(fā)電機提供勵磁電流,從而實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓;以此保證發(fā)電系統(tǒng)在負荷和風(fēng)速變化時能維持較大的輸出電壓穩(wěn)定區(qū)間。
權(quán)利要求
1.一種獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)電系統(tǒng)的組成為,在三相異步風(fēng)力發(fā)電機(1)機端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置,并通過開關(guān)和負載(5)連接;從負載經(jīng)CT和SVG裝置的控制器(2)連接,從三相異步風(fēng)力發(fā)電機(1)的三相定子繞組通過PT和SVG裝置的控制器(2)連接,轉(zhuǎn)速檢測裝置(6)分別和控制器(2)和三相異步風(fēng)力發(fā)電機(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,所述靜止無功電源SVG裝置由控制器(2)、IGBT電路橋(4)和脈沖發(fā)生器(3)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于,所述IGBT電路橋由六路IGBT和二極管組成的自換相橋式電路組成,直流側(cè)由直流電源供電,當觸發(fā)信號按控制器指令交替順序?qū)ǘ稩GBT支路時,可獲得三相交流電輸出,通過控制調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的輸出電流,達到控制調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電氣裝備范圍的一種獨立運行的籠型轉(zhuǎn)子三相異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)是在三相異步風(fēng)力發(fā)電機機端的定子繞組上并聯(lián)接入SVG裝置,并通過開關(guān)和負載連接;負載經(jīng)CT、發(fā)電機經(jīng)PT和SVG裝置的控制器連接,轉(zhuǎn)速檢測裝置分別和SVG裝置的控制器和三相異步風(fēng)力發(fā)電機連接。本發(fā)明具有無需三相電容器組,控制容量小,體積小,輸出電壓的穩(wěn)定區(qū)間大,且可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),發(fā)電系統(tǒng)沒有了因電容器投切引起的電壓瞬變及電流沖擊,系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定,效率高等優(yōu)點。
文檔編號H02P9/30GK1773107SQ20051011758
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者翟慶志, 柴建云 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)