專利名稱：繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是變速恒頻繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
習(xí)知技術(shù)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)作為變速恒頻型機(jī)組，在水電站、抽水蓄能電站，特別是在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用，因其機(jī)組可以變速恒頻運(yùn)行的特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換效率大大提高。由于大型MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速很低，一般在15-35rpm，如此低的轉(zhuǎn)速將會使電機(jī)極對數(shù)增加、電機(jī)幾何尺寸和重量都大大增加。目前的辦法是通過增速齒輪箱升速，齒輪箱效率可達(dá)到97％、雖然故障率較高，但此辦法可選用高速雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，一般為4/6極電機(jī)，從而減輕電機(jī)制造和成本上的麻煩。隨著海上風(fēng)電場機(jī)組容量的增大如3-5MW機(jī)組、甚至10MW容量的機(jī)組已在研發(fā)中。此型機(jī)組的可靠性，主要是由滑環(huán)和齒輪箱故障導(dǎo)致的停機(jī)，已成為突出問題，出于對風(fēng)電機(jī)組可靠性、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和機(jī)組綜合成本的考慮，永磁直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組便應(yīng)運(yùn)而生。中國專利CN200410003089.3公開了一種MW級直接驅(qū)動永磁外轉(zhuǎn)子同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它采用多極外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。該發(fā)電機(jī)包括固定軸、轉(zhuǎn)動軸、線圈繞組、永磁磁鋼、鐵芯、定子和外轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)動軸通過軸承安裝于固定軸上，定子通過定子支架安裝于固定軸上，外轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子支架安裝于轉(zhuǎn)動軸上，在繞組線圈和定子支架之間可以設(shè)有軸向的冷卻通風(fēng)道；在外轉(zhuǎn)子和定子之間的迎風(fēng)面設(shè)有保護(hù)罩。該機(jī)組去掉損失系統(tǒng)效率、故障頻繁的增速齒輪箱，沒有傳輸大電流的滑環(huán)電刷，采用永磁材料勵磁，勵磁損耗降低，發(fā)電機(jī)發(fā)出頻率變化的低頻交流電，通過全功率變頻器并網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻發(fā)電。永磁直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于其良好的可靠性，很高的系統(tǒng)效率，雖機(jī)組費(fèi)用高于前者、但其維護(hù)成本低等諸多優(yōu)勢。此機(jī)型存在電機(jī)直徑尺寸龐大，安裝運(yùn)輸不便，發(fā)電機(jī)與全功率變流器成本高，發(fā)電機(jī)運(yùn)行不便進(jìn)行無功調(diào)節(jié)等技術(shù)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在于，克服襲用技術(shù)存在的上述缺陷，而提供一種繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置。
本發(fā)明目的是提供一種繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置。
本發(fā)明解決繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明提供的一種繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，包括機(jī)組集控裝置，集控裝置連接信號傳感器，設(shè)有控制信號輸出端口，其中，控制裝置設(shè)有機(jī)組集控制裝置、勵磁機(jī)交流勵磁裝置、發(fā)電機(jī)助磁裝置、風(fēng)速風(fēng)向測量裝置、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；機(jī)組集控裝置設(shè)有風(fēng)速傳感器測量的信號輸入端口、風(fēng)向傳感器測量的信號輸入端口，設(shè)有與上位機(jī)遠(yuǎn)程通信的輸出信號端口；機(jī)組集控裝置與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器連接，以測得發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓數(shù)值，與發(fā)電機(jī)輸出電流互感器連接，以測得發(fā)電機(jī)輸出電流數(shù)值；機(jī)組集控裝置與勵磁電壓互感器連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電壓數(shù)值，與勵磁電流互感器連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電流數(shù)值；機(jī)組集控裝置連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；勵磁機(jī)交流勵磁裝置主回路輸入側(cè)通過投勵開關(guān)與發(fā)電機(jī)定子輸出端并網(wǎng)開關(guān)內(nèi)側(cè)連接，交流勵磁裝置接受機(jī)組集控裝置的控制指令，其輸出側(cè)主回路與勵磁機(jī)定子繞組連接；發(fā)電機(jī)助磁裝置主回路與發(fā)電機(jī)輸出端連接，并接受機(jī)組集控裝置的控制指令，發(fā)電機(jī)輸出端通過并網(wǎng)開關(guān)、升壓變壓器與電網(wǎng)連接。
本案解決繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置技術(shù)問題還可依以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)前述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其中，機(jī)組集控裝置連接控制偏航機(jī)構(gòu)，使風(fēng)輪上風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。
前述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其中，機(jī)組集控裝置通過閉環(huán)控制變槳距機(jī)構(gòu)，保持風(fēng)輪額定風(fēng)速以下以最佳風(fēng)能利用率運(yùn)行、額定風(fēng)速以上以發(fā)電機(jī)額定輸出功率運(yùn)行；變槳距機(jī)構(gòu)連接轉(zhuǎn)速測量器、槳距角測量器、變槳伺服機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)、變槳距控制裝置。
前述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其中，勵磁裝置主回路由兩組雙向整流-逆變單元組成；發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，勵磁裝置向勵磁機(jī)定子提供勵磁電流和部分有功能量，發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，勵磁裝置向勵磁機(jī)定子提供勵磁電流的同時(shí)，有部分有功能量饋向電網(wǎng)；勵磁裝置通過控制回路實(shí)現(xiàn)與機(jī)組集控裝置的通信聯(lián)系。
前述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其中，機(jī)組集控裝置，設(shè)有電機(jī)溫升監(jiān)測端口，設(shè)有風(fēng)輪制動信號輸出端口。
前述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其中，發(fā)電機(jī)助磁裝置設(shè)有電容器，電容器通過可控硅控制其投入數(shù)量，可控硅的導(dǎo)通控制由機(jī)組集控裝置完成。
前述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其中，發(fā)電機(jī)助磁裝置(22)和勵磁裝置(23)安裝于圓筒形空間內(nèi)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明在優(yōu)異的結(jié)構(gòu)配置下，至少有如下的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用繞線型無刷雙饋發(fā)電控制裝置，在大型風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行，以約1/3發(fā)電機(jī)額定容量的變流勵磁裝置，可方便調(diào)節(jié)無功。本發(fā)明降低了控制系統(tǒng)成本，提高了機(jī)組的安全性、可靠性和運(yùn)行效率。本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有顯著的貢獻(xiàn)和進(jìn)步，確實(shí)是具有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用型的好技術(shù)。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明工作原理結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本發(fā)明機(jī)組集控裝置硬件結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3是本發(fā)明控制繞線型套疊轉(zhuǎn)子無刷雙饋發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
如圖1-3所示。
一種繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，包括機(jī)組集控裝置，集控裝置連接信號傳感器，設(shè)有控制信號輸出端口，其中，控制裝置設(shè)有機(jī)組集控制裝置24、勵磁機(jī)交流勵磁裝置23、發(fā)電機(jī)助磁裝置22、風(fēng)速風(fēng)向測量裝置、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；機(jī)組集控裝置24設(shè)有風(fēng)速傳感器測量的信號輸入端口D1、風(fēng)向傳感器測量的信號輸入端口D2，設(shè)有與上位機(jī)遠(yuǎn)程通信的輸出信號端口D3；機(jī)組集控裝置24與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器T2連接，以測得發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓數(shù)值，與發(fā)電機(jī)輸出電流互感器T3連接，以測得發(fā)電機(jī)輸出電流數(shù)值；機(jī)組集控裝置24與勵磁電壓互感器T5連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電壓數(shù)值，與勵磁電流互感器T4連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電流數(shù)值；機(jī)組集控裝置24連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；勵磁機(jī)交流勵磁裝置23主回路輸入側(cè)通過投勵開關(guān)K2與發(fā)電機(jī)定子輸出端并網(wǎng)開關(guān)內(nèi)側(cè)連接，交流勵磁裝置23接受機(jī)組集控裝置24的控制指令，其輸出側(cè)主回路與勵磁機(jī)定子繞組連接；發(fā)電機(jī)助磁裝置22主回路與發(fā)電機(jī)輸出端連接，并接受機(jī)組集控裝置24的控制指令，發(fā)電機(jī)輸出端通過并網(wǎng)開關(guān)K1、升壓變壓器T1與電網(wǎng)連接。
繞線型疊套轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)WBDFG控制裝置結(jié)構(gòu)WBDFG控制裝置包括機(jī)組集控裝置、勵磁機(jī)交流勵磁裝置、發(fā)電機(jī)助磁裝置、偏航控制器、變槳控制器、風(fēng)速風(fēng)向測量裝置、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、風(fēng)機(jī)制動控制器等。
機(jī)組集控裝置24設(shè)有控制單元24-1、觸摸屏24-2、上位遠(yuǎn)端中控計(jì)算機(jī)24-3、自動同期裝置24-4、發(fā)電機(jī)側(cè)適配單元24-5、勵磁機(jī)側(cè)適配單元24-6、保護(hù)控制單元24-7。控制單元24-1設(shè)有風(fēng)速、風(fēng)向、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫升信號輸入端口，開關(guān)K1、開關(guān)K2、偏航控制、變槳調(diào)節(jié)、解纜輸出、風(fēng)輪制動開關(guān)等信號輸出端口。
機(jī)組集控裝置24設(shè)有風(fēng)速傳感器測量的信號輸入端口D1，風(fēng)向傳感器測量的信號輸入端口D2，設(shè)有與上位機(jī)遠(yuǎn)程通信的輸出信號端口D3，設(shè)有電機(jī)溫升監(jiān)測端口，設(shè)有風(fēng)輪制動信號輸出端口。
機(jī)組集控裝置24與電壓互感器T2連接，以測得發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓數(shù)值，與電流互感器T3連接，以測得發(fā)電機(jī)輸出電流數(shù)值。
機(jī)組集控裝置24與電壓互感器T5連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電壓數(shù)值，與電流互感器T4連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電流數(shù)值。交流勵磁裝置23主回路輸入側(cè)通過投勵開關(guān)K2與發(fā)電機(jī)定子輸出端并網(wǎng)開關(guān)內(nèi)側(cè)連接，交流勵磁裝置23接受機(jī)組集控裝置24的控制指令，其輸出側(cè)主回路與WBDFG勵磁機(jī)定子繞組連接，勵磁裝置23主回路由兩組雙向PWM整流—逆變單元Q1、Q2組成。WBDFG在同步轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，Q1PWM整流、Q2PWM逆變，勵磁裝置23向勵磁機(jī)定子提供勵磁電流和部分有功能量，WBDFG在同步轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，Q1PWM逆變、Q2PWM整流，勵磁裝置23向勵磁機(jī)定子提供勵磁電流的同時(shí)，有部分有功能量饋向電網(wǎng)。勵磁裝置23通過控制回路實(shí)現(xiàn)與機(jī)組集控裝置24的通信聯(lián)系。
發(fā)電機(jī)助磁裝置22主回路與發(fā)電機(jī)輸出端連接，并接受機(jī)組集控裝置24的控制指令。發(fā)電機(jī)助磁裝置22由n+1個電容器組成，并通過可控硅控制其投入數(shù)量，可控硅的導(dǎo)通控制由機(jī)組集控裝置24完成，發(fā)電機(jī)輸出端通過并網(wǎng)開關(guān)K1、升壓變壓器690/110000V TI與電網(wǎng)連接。
機(jī)組集控裝置24通過偏航機(jī)構(gòu)25控制WBDFG使風(fēng)輪上風(fēng)向旋轉(zhuǎn)，機(jī)組集控裝置24通過閉環(huán)控制變槳距機(jī)構(gòu)29，保持風(fēng)輪額定風(fēng)速以下以最佳風(fēng)能利用率運(yùn)行、額定風(fēng)速以上以發(fā)電機(jī)額定輸出功率運(yùn)行。變槳距機(jī)構(gòu)29包括轉(zhuǎn)速測量機(jī)構(gòu)G1、槳距角測量機(jī)構(gòu)G2、變槳伺服機(jī)構(gòu)G3、伺服電機(jī)M1、變槳距控制裝置G4組成。
以本發(fā)明控制繞線型套疊轉(zhuǎn)子無刷雙饋發(fā)電機(jī)為例，進(jìn)行詳細(xì)說明繞線型套疊轉(zhuǎn)子無刷雙饋發(fā)電機(jī)，包括發(fā)電機(jī)主體、定子、轉(zhuǎn)子、風(fēng)機(jī)葉片2、輪轂1，風(fēng)機(jī)葉片2安裝在輪轂1上，在發(fā)電機(jī)主體內(nèi)，轉(zhuǎn)子相對定子旋轉(zhuǎn)的構(gòu)造設(shè)置，風(fēng)機(jī)葉片2帶動輪轂1驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其主體內(nèi)設(shè)置套疊轉(zhuǎn)子式發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)，發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)軸向并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)置；發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)各自獨(dú)立磁路，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組15極對數(shù)與發(fā)電機(jī)定子繞組14極對數(shù)相同，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16極對數(shù)與勵磁機(jī)定子繞組7極對數(shù)相同。
繞線型套疊轉(zhuǎn)子無刷雙饋電機(jī)(WBDFG)結(jié)構(gòu)WBDFG由兩個多對極繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)復(fù)合而成，PP對極電機(jī)為發(fā)電機(jī)，PC對極電機(jī)為勵磁機(jī)，其兩電機(jī)極對數(shù)關(guān)系滿足PP≥PC。發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)各自獨(dú)立鐵芯磁路，安裝在一個外殼內(nèi)。兩電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝、且繞組為繞線式波繞組結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線為銅或鋁材質(zhì)，轉(zhuǎn)子為多相最佳為三相，轉(zhuǎn)子繞組極對數(shù)與各自定子繞組極對數(shù)相同，兩轉(zhuǎn)子繞組均為星型接線，兩轉(zhuǎn)子繞組出線端反相序連接。
繞線型套疊轉(zhuǎn)子無刷雙饋發(fā)電機(jī)套疊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為了利用電機(jī)圓筒形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間、縮短WBDFG的軸向長度，采用套疊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。如圖風(fēng)機(jī)葉片2安裝在輪轂1上，輪轂1內(nèi)設(shè)有通用的變槳距機(jī)構(gòu)29，變槳距機(jī)構(gòu)29在機(jī)組集控裝置24的控制下，通過改變?nèi)~片2的槳距角，實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。輪轂安裝板3用以將輪轂1與電機(jī)輸出軸6連接。
套疊轉(zhuǎn)子式WBDFG由勵磁機(jī)和發(fā)電機(jī)軸向并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成。兼作發(fā)電的勵磁機(jī)由勵磁機(jī)定子鐵芯9、裝在此鐵芯槽中的勵磁機(jī)定子繞組7、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯8、裝在此鐵芯槽中的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16組成，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子在勵磁機(jī)定子外側(cè)圍繞勵磁機(jī)定子旋轉(zhuǎn)，勵磁機(jī)定子鐵芯9與勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯8之間設(shè)有勵磁機(jī)氣隙12，勵磁機(jī)定子繞組7與勵磁裝置23相連，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16通過轉(zhuǎn)子繞組連接線13與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組15反相序連接。發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)定子鐵芯11、裝在此鐵芯槽中的發(fā)電機(jī)定子繞組14、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯10、裝在此鐵芯槽中的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組15組成，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)定子鐵芯11和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯10之間設(shè)有發(fā)電機(jī)氣隙17，發(fā)電機(jī)定子繞組14與發(fā)電機(jī)助磁裝置22并聯(lián)。
勵磁機(jī)定子鐵芯9安裝在勵磁機(jī)定子外殼32外側(cè)，發(fā)電機(jī)定子鐵芯11安裝在電機(jī)外殼28內(nèi)側(cè)，勵磁機(jī)定子外殼32與電機(jī)左軸端支撐板21、電機(jī)中部支撐板31和勵磁機(jī)端部支撐板33連接成一個整體，并與機(jī)艙后蓋20和電機(jī)外殼28連接。
勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯8與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯10安裝在同一個圓筒形電機(jī)輸出軸6的內(nèi)外兩側(cè)，電機(jī)輸出軸6分別與電機(jī)左端蓋18和電機(jī)右端蓋5連接，并由于其連接的電機(jī)右軸端支撐板30徑向支撐，兩端蓋通過電機(jī)左軸承19和電機(jī)右軸承4支撐兩轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)。
電機(jī)外殼28底部與電機(jī)支撐板27連接，使電機(jī)傾斜5-10度，以防止葉片工作時(shí)與塔筒26刮蹭，電機(jī)底座處與塔筒頂部之間裝設(shè)偏航機(jī)構(gòu)25。
發(fā)電機(jī)助磁裝置22裝于內(nèi)定子輸出軸圓筒形空間內(nèi)，與發(fā)電機(jī)定子繞組14并接，勵磁裝置23裝于內(nèi)定子輸出軸圓筒形空間內(nèi)，與勵磁機(jī)定子繞組7連接，機(jī)組集控裝置24裝于內(nèi)定子輸出軸圓筒形空間內(nèi)，與機(jī)組內(nèi)外相關(guān)部件連接。
發(fā)電機(jī)偏航解纜控制、發(fā)電機(jī)安全保護(hù)控制、發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)信息監(jiān)控同現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組。
繞線型無刷雙饋電機(jī)WBDFG電氣控制方法如下
WBDFG的勵磁系統(tǒng)由交流勵磁裝置23與發(fā)電機(jī)助磁裝置22組合而成，在機(jī)組集控裝置24的控制下，完成發(fā)電機(jī)的起勵升壓、并網(wǎng)發(fā)電和無功調(diào)節(jié)。
起勵控制風(fēng)力機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下，以一定速度驅(qū)動WBDFG旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)處于與電網(wǎng)解裂狀態(tài)，勵磁機(jī)準(zhǔn)備投勵，發(fā)電機(jī)助磁裝置22在機(jī)組集控裝置24的調(diào)節(jié)下，使發(fā)電機(jī)逐漸建立電壓，由機(jī)組集控裝置24通過T2測得發(fā)電機(jī)輸出電壓，當(dāng)發(fā)電機(jī)空載輸出電壓達(dá)到額定輸出電壓30％-60％時(shí)，機(jī)組集控裝置24令K2閉合，勵磁機(jī)交流勵磁裝置23投勵，機(jī)組集控裝置24調(diào)節(jié)交流勵磁裝置23，使發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定輸出值、使發(fā)電機(jī)頻率達(dá)到并網(wǎng)要求，準(zhǔn)備并網(wǎng)。
并網(wǎng)控制機(jī)組集控裝置24通過T2、T6對K1兩側(cè)電壓、相序、頻率及通過G對風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，在發(fā)電機(jī)輸出端與電網(wǎng)接線相序一致的條件下、機(jī)組集控裝置24調(diào)節(jié)交流勵磁裝置23電壓的幅值和頻率，跟蹤對電網(wǎng)側(cè)和風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速測量的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出端和電網(wǎng)側(cè)的電壓幅值、相序及頻率達(dá)到并網(wǎng)技術(shù)要求的一致性后，由機(jī)組集控裝置24內(nèi)置的同期裝置發(fā)出信號，令發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)K1自動閉合，完成并網(wǎng)。
變速恒頻特性控制目前國標(biāo)規(guī)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率范圍為47.5Hz-51Hz。不管發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速如何變化，其定子電壓頻率滿足此國標(biāo)規(guī)定的頻率范圍、且與電網(wǎng)頻率相同，風(fēng)電機(jī)組就實(shí)現(xiàn)了變速恒頻運(yùn)行。具體控制過程如下隨著風(fēng)速的變化，機(jī)組集控裝置24通過控制變槳距機(jī)構(gòu)29以熟知的方式調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)葉片2的槳距角，即可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速ωr。交流勵磁裝置23通過勵磁機(jī)定子繞組7饋入的交流勵磁電流頻率為fC，該頻率旋轉(zhuǎn)磁場在勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16產(chǎn)生感應(yīng)電流其頻率為SCfC，該轉(zhuǎn)子電流通過與勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16反相序連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組15，形成發(fā)電機(jī)定子繞組14的勵磁磁場，該勵磁磁場相對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度為ω2=2π60SCfCPP,]]>發(fā)電機(jī)定子電壓頻率即電網(wǎng)頻率f1，該頻率磁場的旋轉(zhuǎn)速度為ω1=2π60f1PP.]]>同步工作時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度和相對其旋轉(zhuǎn)的勵磁磁場同步旋轉(zhuǎn)的角速度二者的和或差，始終與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)的角速度同步，三者關(guān)系以下式表示。
ω1＝ωr±ω2或者ω1=2π60f1PP=ωr±2π60SCfCPP]]>式中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于WBDFG的同步速時(shí)，取“+”號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于WBDFG的同步速時(shí)，取“-”號由此以發(fā)電機(jī)定子輸出電壓頻率f1為目標(biāo)，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ωr和勵磁機(jī)定子勵磁電流頻率fC形成閉環(huán)控制，就可實(shí)現(xiàn)WBDFG的變速恒頻特性控制。
有功控制WBDFG的轉(zhuǎn)速也可表示為一般表示N=60(50±fC)PP+PC]]>同步轉(zhuǎn)速N0=60×50PP+PC]]>fC＝0其中N風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 fC勵磁機(jī)定子勵磁電流頻率在此關(guān)系式中，當(dāng)N＜N0時(shí)，交流勵磁裝置23向勵磁機(jī)定子繞組7提供勵磁電流的同時(shí)，還饋入滑差容量的有功功率，其饋入勵磁電流相序使勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，上述表達(dá)式取“-”號，當(dāng)N＞N0時(shí)，交流勵磁裝置23向勵磁機(jī)定子繞組7提供勵磁電流的同時(shí)，還向電網(wǎng)饋入滑差容量的有功功率，其饋入勵磁電流相序使勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向相同，上述表達(dá)式取“+”號。在前述變速恒頻特性控制方法中，分階段按不同規(guī)律調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的有功控制。WBDFG并網(wǎng)運(yùn)行后，風(fēng)力機(jī)在低于額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組集控裝置24通過控制變槳距機(jī)構(gòu)29以熟知的方式調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)葉片2的槳距角使其轉(zhuǎn)速以風(fēng)能利用系數(shù)最大模式運(yùn)行，此階段為風(fēng)能利用率最大化階段。在此階段，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速即取“-”號區(qū)間，此轉(zhuǎn)速區(qū)間勵磁機(jī)提供勵磁的同時(shí)還需從電網(wǎng)吸收容量等于發(fā)電機(jī)滑差功率的有功功率，此部分有功功率經(jīng)勵磁機(jī)定子繞組7、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組15到發(fā)電機(jī)定子繞組14輸出，此部分有功功率對電網(wǎng)沒有貢獻(xiàn)、且有一定的內(nèi)部損耗，此區(qū)間WBDFG發(fā)電機(jī)效率最低。當(dāng)發(fā)電機(jī)以同步轉(zhuǎn)速工作時(shí)刻，即fC＝0狀態(tài)，勵磁機(jī)只有勵磁功率輸入，發(fā)電機(jī)單獨(dú)輸出有功功率，此刻WBDFG發(fā)電機(jī)效率較高。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速即取“+”號區(qū)間，此區(qū)間勵磁機(jī)提供勵磁的同時(shí)，還有與發(fā)電機(jī)滑差功率相同的有功功率從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組15、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組16、經(jīng)勵磁機(jī)定子繞組7饋入電網(wǎng)，此區(qū)間發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)雙側(cè)同時(shí)向電網(wǎng)貢獻(xiàn)有功，即所謂雙饋發(fā)電，此區(qū)間WBDFG發(fā)電機(jī)效率很高。當(dāng)風(fēng)力機(jī)在額定及以上風(fēng)速運(yùn)行時(shí)，機(jī)組集控裝置24通過控制變槳距機(jī)構(gòu)29以熟知的方式調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)葉片2的槳距角使其轉(zhuǎn)速基本恒定，WBDFG以額定功率輸出模式運(yùn)行，此階段為恒功率輸出階段。恒功率輸出階段WBDFG為雙饋發(fā)電，發(fā)電機(jī)的效率最高。
電壓和無功控制WBDFG在不同轉(zhuǎn)速下均可并網(wǎng)，并網(wǎng)前當(dāng)頻率、相序滿足要求后，發(fā)電機(jī)助磁裝置22在機(jī)組集控裝置24的調(diào)節(jié)下，使發(fā)電機(jī)逐漸建立電壓，由機(jī)組集控裝置24通過T2測得發(fā)電機(jī)輸出電壓，當(dāng)發(fā)電機(jī)空載輸出電壓達(dá)到額定輸出電壓30％-60％時(shí)，機(jī)組集控裝置24通過調(diào)節(jié)勵磁裝置23交流勵磁電流的大小，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的高低。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，機(jī)組集控裝置24通過調(diào)節(jié)勵磁裝置23和發(fā)電機(jī)助磁裝置22，使WBDFG向電網(wǎng)饋電的功率因數(shù)滿足國標(biāo)要求，cos＝±0.975。本發(fā)明利用勵磁機(jī)側(cè)的交流勵磁裝置與發(fā)電機(jī)側(cè)的輔助勵磁裝置有機(jī)結(jié)合，在機(jī)組集控裝置的調(diào)節(jié)下根據(jù)風(fēng)電場運(yùn)行要求完成滿足國標(biāo)要求的無功控制。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，包括機(jī)組集控裝置，集控裝置連接信號傳感器，設(shè)有控制信號輸出端口，其特征在于控制裝置設(shè)有機(jī)組集控裝置(24)、勵磁機(jī)交流勵磁裝置(23)、發(fā)電機(jī)助磁裝置(22)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；機(jī)組集控裝置(24)設(shè)有風(fēng)速傳感器測量的信號輸入端口(D1)、風(fēng)向傳感器測量的信號輸入端口(D2)，設(shè)有與上位機(jī)遠(yuǎn)程通信的輸出信號端口(D3)；機(jī)組集控裝置(24)與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器(T2)連接，以測得發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓數(shù)值，與發(fā)電機(jī)輸出電流互感器(T3)連接，以測得發(fā)電機(jī)輸出電流數(shù)值；機(jī)組集控裝置(24)與勵磁電壓互感器(T5)連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電壓數(shù)值，與勵磁電流互感器(T4)連接，以測得勵磁機(jī)勵磁電流數(shù)值；機(jī)組集控裝置(24)連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；勵磁機(jī)交流勵磁裝置(23)主回路輸入側(cè)通過投勵開關(guān)(K2)與發(fā)電機(jī)定子輸出端并網(wǎng)開關(guān)內(nèi)側(cè)連接，交流勵磁裝置(23)接受機(jī)組集控裝置(24)的控制指令，其輸出側(cè)主回路與勵磁機(jī)定子繞組連接；發(fā)電機(jī)助磁裝置(22)主回路與發(fā)電機(jī)輸出端連接，并接受機(jī)組集控裝置(24)的控制指令，發(fā)電機(jī)輸出端通過并網(wǎng)開關(guān)(K1)、升壓變壓器(T1)與電網(wǎng)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其特征在于機(jī)組集控裝置(24)連接控制偏航機(jī)構(gòu)(25)，使風(fēng)輪上風(fēng)向旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其特征在于機(jī)組集控裝置(24)通過閉環(huán)控制變槳距機(jī)構(gòu)(29)，保持風(fēng)輪額定風(fēng)速以下以最佳風(fēng)能利用率運(yùn)行、額定風(fēng)速以上以發(fā)電機(jī)額定輸出功率運(yùn)行；變槳距機(jī)構(gòu)(29)連接轉(zhuǎn)速測量器(G1)、槳距角測量器(G2)、變槳伺服機(jī)構(gòu)(G3)、伺服電機(jī)(M1)、變槳距控制裝置(G4)。
4.如權(quán)利要求3所述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其特征在于勵磁裝置(23)主回路由兩組雙向整流-逆變單元組成；發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，勵磁裝置(23)向勵磁機(jī)定子提供勵磁電流和部分有功能量，發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，勵磁裝置(23)向勵磁機(jī)定子提供勵磁電流的同時(shí)，有部分有功能量饋向電網(wǎng)；勵磁裝置(23)通過控制回路實(shí)現(xiàn)與機(jī)組集控裝置(24)的通信聯(lián)系。
5.如權(quán)利要求4所述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其特征在于機(jī)組集控裝置(24)，設(shè)有電機(jī)溫升監(jiān)測端口和風(fēng)輪制動信號輸出端口。
6.如權(quán)利要求5所述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其特征在于發(fā)電機(jī)助磁裝置(22)設(shè)有電容器，電容器通過可控硅控制其投入數(shù)量，可控硅的導(dǎo)通控制由機(jī)組集控裝置(24)完成。
7.如權(quán)利要求6所述的繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置，其特征在于發(fā)電機(jī)助磁裝置(22)和勵磁裝置(23)安裝于圓筒形空間內(nèi)。
全文摘要
一種繞線型無刷雙饋發(fā)電機(jī)控制裝置涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本發(fā)明包括機(jī)組集控裝置，集控裝置連接信號傳感器，設(shè)有控制信號輸出端口，其中，控制裝置設(shè)有機(jī)組集控制裝置、勵磁機(jī)交流勵磁裝置、發(fā)電機(jī)助磁裝置、風(fēng)速風(fēng)向測量裝置、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和風(fēng)機(jī)制動控制器；機(jī)組集控裝置設(shè)有傳感器測量的信號輸入端口；勵磁機(jī)交流勵磁裝置主回路輸入側(cè)與發(fā)電機(jī)定子輸出端連接，輸出側(cè)主回路與勵磁機(jī)定子繞組連接；發(fā)電機(jī)助磁裝置主回路與發(fā)電機(jī)輸出端連接，并接受機(jī)組集控裝置的控制指令，發(fā)電機(jī)輸出端通過并網(wǎng)開關(guān)、升壓變壓器與電網(wǎng)連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行，方便調(diào)節(jié)無功，降低了控制系統(tǒng)成本，提高了機(jī)組的安全性、可靠性和運(yùn)行效率。
文檔編號F03D7/00GK101051810SQ20071005733
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者王華君, 楊彥杰, 商建鋒 申請人:天津市新源電氣科技有限公司