CN101846041A - 一种直流励磁同步风力发电机组 - Google Patents

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刘东远
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张大同
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Abstract

本发明涉及一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：它包括一叶轮、一基座以及固定在所述基座上的一变速箱、一调速机构和一同步发电机；其中，所述调速机构设定有目标转速值，所述同步发电机设定有目标电压值；所述叶轮上的轮枢与一活动轴的一端固定连接，所述活动轴的另一端与所述变速箱的低速轴相连，同时所述变速箱的高速轴与调速机构的输入端相连，所述调速机构的恒速输出端连接所述同步发电机中的转子，所述同步发电机的定子与电网的输入端相连。本发明具有良好的无功支撑能力，能够为电网输送稳定电能，可以适用于风能资源较为丰富的地区。

Description

一种直流励磁同步风力发电机组
技术领域
本发明涉及一种并网型风力发电机组，特别是关于一种直流励磁同步风力发电机组。
背景技术
我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。根据全国900多个气象站将陆地上离地10m高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，陆地上可开发利用的风能储量有2.53亿kW，近海可开发利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷2000小时计，每年可提供5000亿千瓦时电量；海上风电年上网电量按等效满负荷2500小时计，每年可提供1.8万亿千瓦时电量，合计2.3万亿千瓦时电量。中国风能资源丰富，开发潜力巨大，必将成为未来能源结构中一个重要的组成部分。中国已经成为全球发展速度最快的风力发电市场，过去7年年平均增长速度达到56％。截止2008年底，全国风电装机已超过1000万千瓦。随着风电在电网容量中的比例的不断增加，这不仅在客观上要求风力发电机组在电网出现故障时能提供无功支持，还出现了电能质量、电压问题，以及大规模的风电电源引起电网不稳定性等问题。而我国风资源分布的不均衡性，使我国必将对风机的电能质量和对电网的无功支撑提出更高的要求。现在大型的风力发电机组发电机的调速装置均在发电机后端，采用的是全功率变频或部分功率变频，发出的电的波形都是通过变频器的脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)调制出来的，这种方式决定了发电机发出的电输送给电网时携带许多高次谐波，对电网造成污染。虽然可以通过改进调制波形的方法使谐波减少，但仍然很难达到传统火电和水电机组那样由绕组布置所达到的波形效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够为电网输送稳定电能的前端调速直流励磁同步风力发电机组。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：它包括一叶轮、一基座以及固定在所述基座上的一变速箱、一调速机构和一同步发电机；其中，所述调速机构设定有目标转速值，所述同步发电机设定有目标电压值；所述叶轮上的轮枢与一活动轴的一端固定连接，所述活动轴的另一端与所述变速箱的低速轴相连，同时所述变速箱的高速轴与调速机构的输入端相连，所述调速机构的恒速输出端连接所述同步发电机中的转子，所述同步发电机的定子与电网的输入端相连。
所述变速箱为两级或三级行星齿轮的变速箱。
所述调速机构为液力耦合器和电磁耦合器之一。
所述同步发电机内预设的目标电压值与所述电网所使用的国家标准电压值相同。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明在传统的风力发电机组的基础上，将调速装置置于发电机前端，并且采用了一同步发电机直接与电网连接，因此避免了将调速装置变频调速导致的谐波输入到电网内，同时同步发电机的自动电压调节功能，使得输送给电网的电压波动具有良好的无功支撑能力，输送给电网的电能稳定。2、由于本发明中使用了同步发电机，且同步发电机内预设的目标电压值与电网所使用的国家标准电压值相同，因此同步发电机的自动电压调节功能会使得输送给电网的电能保持稳定。本发明具有良好的无功支撑能力，能够为电网输送稳定电能，可以适用于风能资源较为丰富的地区。
附图说明
图1是本发明风力发电机组的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明风力发电机组包括一叶轮1、一基座2以及固定在基座2上并依次连接的一变速箱3、一调速机构4和一同步发电机5，其中，调速机构3设定有目标转速值，同步发电机4设定有目标电压值，该目标电压值与电网6所使用的国家标准电压值相同。叶轮1由多个叶片11和轮枢12组成，叶片11可以与轮枢12焊接成一体，轮枢12与一活动轴7的一端固定连接。与叶轮1连接的活动轴7的另一端与变速箱3的低速轴相连，同时变速箱3的高速轴与调速机构4的输入端相连，调速机构4的恒速输出端连接同步发电机5中的转子，同步发电机5的定子与电网7的输入端相连。本实施例中，变速箱3可以采用两级或三级行星齿轮的变速箱，但不限于此；调速机构4可以采用液力耦合器或电磁耦合器等；同步发电机5可以采用无刷直流励磁同步发电机。
本发明工作时，叶轮1在自然风作用下使得活动轴7具有转速V1，转速V1经由活动轴7传输给变速箱3，由变速箱3将转速V1增大为A倍的V1，上述的A由变速箱3的属性决定，为一倍值。由于V1是一随机值，因此变速箱3输出的转速AV1也为随机值。变速箱3输出的转速AV1再经由调速机构4，调速至大小与设定的目标转速值相同(即是说，与电网7的频率相对应的转速)，输送给同步发电机5。同步发电机5将动能转化为电能，并将电压自动调节至预设的目标电压值大小，再输送给电网7。由于同步发电机5具有自动电压调节功能，在电网7电压波动时能提供良好的无功支撑。本发明能够提供和火电或水电相同的无功能力和电能品质，功率因数在0.8左右。而且调速机构4置于同步发电机5之前，避免了将变频调速导致的谐波输入到电网7。
上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：它包括一叶轮、一基座以及固定在所述基座上的一变速箱、一调速机构和一同步发电机；其中，所述调速机构设定有目标转速值，所述同步发电机设定有目标电压值；所述叶轮上的轮枢与一活动轴的一端固定连接，所述活动轴的另一端与所述变速箱的低速轴相连，同时所述变速箱的高速轴与调速机构的输入端相连，所述调速机构的恒速输出端连接所述同步发电机中的转子，所述同步发电机的定子与电网的输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：所述变速箱为两级或三级行星齿轮的变速箱。
3.如权利要求1所述的一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：所述调速机构为液力耦合器和电磁耦合器之一。
4.如权利要求2所述的一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：所述调速机构为液力耦合器和电磁耦合器之一。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种直流励磁同步风力发电机组，其特征在于：所述同步发电机内预设的目标电压值与所述电网所使用的国家标准电压值相同。
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