專利名稱：一種雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及海流發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力不足問題日益嚴(yán)重。特別是東部沿海地區(qū)為我國的電力負(fù)荷中心所在，每年的電力消費約占全國的40%。而這些地區(qū)煤、石油等常規(guī)能源比較匱乏，但東部沿海地區(qū)海洋資源豐富，蘊藏著巨大的海流能，如能通過發(fā)電裝置將海流能轉(zhuǎn)換為電能，將有效地緩解東部沿海地區(qū)的用電緊張形勢。我國的遼寧、山東、 浙江、福建和臺灣等都具有極好的能源開發(fā)條件和環(huán)境，開發(fā)潛力和商業(yè)化大規(guī)模開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性巨大。將海流能轉(zhuǎn)換為電能，需要有合適的海流發(fā)電系統(tǒng)。工程化的海流發(fā)電系統(tǒng)必須在海水流速較寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生電能，并能實現(xiàn)并網(wǎng)。但目前我國在海流發(fā)電技術(shù)研究方面， 還處于起步階段，已有的小功率試驗樣機(jī)，都是離網(wǎng)型，難以在工程上得到大規(guī)模應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種能在海水流速較寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生電能、提高發(fā)電效率，并可以在工程上大規(guī)模應(yīng)用的并網(wǎng)型雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下一種雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)，與三相電網(wǎng)并網(wǎng)連接，包括水輪機(jī)、基架、主軸、增速齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)、勵磁變流器及密封艙；所述水輪機(jī)安裝在基架上，主軸連接在水輪機(jī)、增速齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)之間；所述勵磁變流器包括發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元；在所述發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元之間還并聯(lián)有直流電容；所述雙饋異步發(fā)電機(jī)中的定子、轉(zhuǎn)子均為繞線式結(jié)構(gòu)，其中定子與所述三相電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元連接，電網(wǎng)側(cè)變流器單元與三相電網(wǎng)連接； 且所述海流發(fā)電系統(tǒng)中除水輪機(jī)及基架外的其他設(shè)備均設(shè)置在所述密封艙內(nèi)。進(jìn)一步地，所述勵磁變流器采用背靠背兩電平全橋式結(jié)構(gòu)；其中發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元與電網(wǎng)側(cè)變流器單元相同，均包括三個并聯(lián)的橋臂，每個橋臂均由兩個首尾相接串聯(lián)的IGBT模塊組成；每個IGBT模塊由一個IGBT與一個反向二極管并聯(lián)組成；每個橋臂中的上端的IGBT的集電極與所述直流電容的正端連接；每個橋臂中的下端的IGBT的發(fā)射極與所述直流電容的負(fù)端連接。進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)側(cè)變流器單元還包括電抗器，電抗器一端與電網(wǎng)側(cè)變流器單元的每個橋臂中的上端IGBT的發(fā)射極相連，另一端與三相電網(wǎng)相連。進(jìn)一步地，所述水輪機(jī)采用兩葉片或三葉片結(jié)構(gòu)，葉片對稱地分布在水輪機(jī)的水輪圓周上。[0010]在本實用新型中，水輪機(jī)是將海流能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，被安裝在基架上，采用三葉片或兩葉片結(jié)構(gòu)。葉片的數(shù)量和直徑由所需要的動力和海水深度確定。水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和受力可通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。主軸連接在水輪機(jī)、增速齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)之間，將水輪機(jī)的動力傳遞到增速齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)。增速齒輪箱處在水輪機(jī)和雙饋異步發(fā)電機(jī)之間，將水輪機(jī)的大力矩、低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為雙饋異步發(fā)電機(jī)的小力矩、高轉(zhuǎn)速，驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。增速齒輪箱的增速比按照雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水輪機(jī)的設(shè)計轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定。雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子均采用繞線式結(jié)構(gòu)，其中定子連接在三相電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子同勵磁變流器連接，定子的電壓幅值、頻率、相位及輸出功率可由勵磁變流器控制；勵磁變流器采用背靠背結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)能量雙向流動。本實用新型的雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)，可按照捕獲最大海流能的要求，在海水流速變化的情況下實時地調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，使之始終運行在與該海水流速對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速上，從而提高了系統(tǒng)發(fā)電效率，優(yōu)化了系統(tǒng)的運行條件；還可通過勵磁變流器控制發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)之間實現(xiàn)良好的柔性連接，比傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)可降低并網(wǎng)電流的沖擊幅值；勵磁變流器容量僅為系統(tǒng)輸出額定功率的轉(zhuǎn)差功率，可大幅降低變流器的開發(fā)難度和成本。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本實用新型的雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，本實用新型的雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)，與三相電網(wǎng)并網(wǎng)連接，包括水輪機(jī)1、基架(圖中未示出)、主軸2、增速齒輪箱3、雙饋異步發(fā)電機(jī)4、 勵磁變流器及密封艙(圖中未示出)；水輪機(jī)1安裝在基架上；其采用兩葉片或三葉片結(jié)構(gòu)，葉片對稱地分布在水輪機(jī)1的水輪圓周上；主軸2連接在水輪機(jī)1、增速齒輪箱3和雙饋異步發(fā)電機(jī)4之間；雙饋異步發(fā)電機(jī)4中的定子如、轉(zhuǎn)子4b均為繞線式結(jié)構(gòu)，其中定子 4a同三相電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子4b經(jīng)勵磁變流器與三相電網(wǎng)連接。勵磁變流器包括與雙饋異步發(fā)電機(jī)1連接的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及與三相電網(wǎng)連接的電網(wǎng)側(cè)變流器單元；在發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元之間還并聯(lián)有直流電容11。勵磁變流器采用背靠背兩電平全橋式結(jié)構(gòu)；其中發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元包括三個并聯(lián)的橋臂；每個橋臂均由兩個首尾相接串聯(lián)的IGBT模塊(5、8 ；6、9 ；7,10)組成；每個IGBT 模塊5、6、7、8、9、10由一個IGBT與一個反向二極管并聯(lián)組成；每個橋臂中的上端的IGBT5、 6、7的集電極與直流電容11的正端連接；每個橋臂中的下端的IGBT8、9、10的發(fā)射極與直流電容11的負(fù)端連接。電網(wǎng)側(cè)變流器單元也包括三個并聯(lián)的橋臂；每個橋臂均由兩個首尾相接串聯(lián)的 IGBT 模塊(12,15 ；13,16 ；14,17)組成；每個 IGBT 模塊 12、13、14、15、16、17 由一個IGBT與一個反向二極管并聯(lián)組成；每個橋臂中的上端的IGBT12、13、14的集電極與直流電容11的正端連接；每個橋臂中的下端的IGBT15、16、17的發(fā)射極與直流電容11的負(fù)端連接。電網(wǎng)側(cè)變流器單元還包括電抗器18，電抗器18 —端與電網(wǎng)側(cè)變流器單元的每個橋臂中的上端IGBT12、13、14的發(fā)射極相連；另一端與三相電網(wǎng)或變壓器相連。上述實施例的海流發(fā)電系統(tǒng)中除水輪機(jī)1及基架外的其他設(shè)備均設(shè)置在密封艙內(nèi)。同時，為了實現(xiàn)本發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在海流能發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，所有設(shè)備均應(yīng)考慮到防海水腐蝕，并且水輪機(jī)1還應(yīng)該具有防水生物附著功能。本實用新型的海流發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是水輪機(jī)的葉片受到海流的作用力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，增速齒輪箱將水輪機(jī)的低轉(zhuǎn)速、大力矩變換為高轉(zhuǎn)速、小力矩，驅(qū)動發(fā)電機(jī)運行在發(fā)電的允許轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元首先調(diào)節(jié)定子輸出電壓的幅值、頻率和相位，使其滿足并網(wǎng)要求；在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子輸出無功功率和有功功率的大小，向電網(wǎng)輸送電能；在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元向發(fā)電機(jī)輸送勵磁功率；在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步速時，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子會進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，并通過勵磁變流器將能量傳遞到電網(wǎng)。在發(fā)電系統(tǒng)運行中，水輪機(jī)首先啟動工作，并被調(diào)節(jié)處于較低轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，通過增速齒輪箱后，帶動發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)；同時，電網(wǎng)側(cè)變流器單元啟動，并運行于整流狀態(tài)，維持直流電壓的穩(wěn)定；然后，發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元啟動，對發(fā)電機(jī)的定子電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其滿足并網(wǎng)要求；在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)水輪機(jī)的受力狀態(tài)和轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)處于發(fā)電運行狀態(tài)， 發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的功率，電網(wǎng)側(cè)變流器單元根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小， 自動進(jìn)入整流或逆變狀態(tài)。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，與三相電網(wǎng)并網(wǎng)連接， 包括水輪機(jī)、基架、主軸、增速齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)、勵磁變流器及密封艙；所述水輪機(jī)安裝在基架上，主軸連接在水輪機(jī)、增速齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)之間；所述勵磁變流器包括發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元；在所述發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元之間還并聯(lián)有直流電容；所述雙饋異步發(fā)電機(jī)中的定子、轉(zhuǎn)子均為繞線式結(jié)構(gòu)，其中定子與所述三相電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元連接，電網(wǎng)側(cè)變流器單元與三相電網(wǎng)連接；且所述海流發(fā)電系統(tǒng)中除水輪機(jī)及基架外的其他設(shè)備均設(shè)置在所述密封艙內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述勵磁變流器采用背靠背兩電平全橋式結(jié)構(gòu)；其中發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元與電網(wǎng)側(cè)變流器單元相同，均包括三個并聯(lián)的橋臂，每個橋臂均由兩個首尾相接串聯(lián)的IGBT模塊組成；每個IGBT模塊由一個IGBT與一個反向二極管并聯(lián)組成；每個橋臂中的上端的IGBT的集電極與所述直流電容的正端連接； 每個橋臂中的下端的IGBT的發(fā)射極與所述直流電容的負(fù)端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電網(wǎng)側(cè)變流器單元還包括電抗器，電抗器一端與電網(wǎng)側(cè)變流器單元的每個橋臂中的上端IGBT的發(fā)射極相連，另一端與三相電網(wǎng)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的海流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述水輪機(jī)采用兩葉片或三葉片結(jié)構(gòu)，葉片對稱地分布在水輪機(jī)的水輪圓周上。
專利摘要本實用新型公開了一種雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻型海流發(fā)電系統(tǒng)，與三相電網(wǎng)并網(wǎng)連接，包括水輪機(jī)、基架、主軸、增速齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)、勵磁變流器及密封艙；所述水輪機(jī)安裝在基架上，主軸連接在水輪機(jī)、增速齒輪箱和雙饋異步發(fā)電機(jī)之間；勵磁變流器包括發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元；在發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元及電網(wǎng)側(cè)變流器單元之間還并聯(lián)有直流電容；雙饋異步發(fā)電機(jī)中的定子、轉(zhuǎn)子均為繞線式結(jié)構(gòu)，其中定子與所述三相電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器單元連接，電網(wǎng)側(cè)變流器單元與三相電網(wǎng)連接；且除水輪機(jī)及基架外的其他設(shè)備均設(shè)置在密封艙內(nèi)。該發(fā)電系統(tǒng)能在海水流速較寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生電能，可實現(xiàn)并網(wǎng)，適于工程上大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號H02P9/30GK202117834SQ20112021049
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者張憲平, 郭靖 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司