專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高性?xún)r(jià)比變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。具體地說(shuō)是提出一種用整流子變頻機(jī)來(lái)代替 電子變頻器構(gòu)成的一種低成本高性?xún)r(jià)比的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是能源效益和環(huán)境效益俱佳的新能源，為了從風(fēng)中獲得更多的能量，特別 是中低風(fēng)速中的能量，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)被普遍采用。但是，現(xiàn)有的變速恒頻風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)必須增配價(jià)格昂貴的電子變頻器，才能并網(wǎng)送出電能，電子變頻器價(jià)格非常昂 貴。據(jù)中國(guó)沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所和北京交通大學(xué)合作研究的1MW的SUT-1000機(jī) 組成本分析，在中國(guó)，大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電子變頻器價(jià)格約為發(fā)電機(jī)價(jià)的2 3倍， 這樣就使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的投資增幅偏大，系統(tǒng)的費(fèi)用又占風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)成本的70%，從而增 加了風(fēng)力所發(fā)電能的度電成本，不利于清潔能源的普及推廣。此外，電子變頻器的諧波 大、濾波器設(shè)計(jì)復(fù)雜，電子元器件耐受電壓電流沖擊能力弱，易損難修。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用一種新結(jié)構(gòu)的變頻裝置來(lái)代替電子變頻器，以有效降低整個(gè)風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)的成本。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)葉l、機(jī)艙和塔筒2、機(jī)械傳動(dòng) 裝置21、發(fā)電機(jī)22、偏航器24、控制器25、輸電線31和32，以及變電房4、升壓變壓 器41、并網(wǎng)裝置42、電網(wǎng)輸電線5等組成，其特征為發(fā)電機(jī)輸出的變頻電流從風(fēng)塔和 機(jī)艙向下經(jīng)輸電線31，輸送到安裝在變電房4中的變頻裝置，且變頻裝置為整流子變頻 機(jī)40。
本發(fā)明的帶整流子變頻機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，同容量的整流 子變頻機(jī)的價(jià)格比電子變頻器低得多，而且其波形好、諧波少，能耐受較高的瞬間電壓 和數(shù)倍過(guò)電流沖擊而不易損壞，這是功率電子器件所遠(yuǎn)不能承受的。


圖1為本發(fā)明的帶整流子變頻機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖。 圖2為現(xiàn)有的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
在圖1中，以動(dòng)能形式出現(xiàn)的風(fēng)能，通過(guò)風(fēng)葉l產(chǎn)生升力，帶動(dòng)機(jī)械和傳動(dòng)裝置21 轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械和傳動(dòng)裝置包括輪轂、主軸系、齒輪箱和制動(dòng)器等，將風(fēng)力的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成系 統(tǒng)的機(jī)械能，然后或者直接或者通過(guò)齒輪箱間接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)22發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電 能。但是，在變速運(yùn)行中的電能頻率也是變化的，這樣的電能無(wú)法直接輸入電網(wǎng)加以利 用，而必須借助變頻裝置形成與電網(wǎng)相同頻率和電壓的交流電，才能符合并網(wǎng)的要求， 就目前市場(chǎng)上的風(fēng)電系統(tǒng)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，電子變頻器是唯一選擇。而本發(fā)明采用整流子變頻 機(jī)31代替電子變頻器，同樣能達(dá)到變頻的效果，實(shí)現(xiàn)恒頻并網(wǎng)。從整流子變頻機(jī)輸出的 恒頻交流電經(jīng)升壓變壓器41后連接并網(wǎng)裝置42，最后通過(guò)輸電線5連接到電網(wǎng)，系統(tǒng)才 能完成風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)換。整流子變頻機(jī)31的轉(zhuǎn)子上有一個(gè)多相繞組、一組滑，電刷，以及一組整流子和電 刷，二組電刷分別作為整流子變頻機(jī)交流電輸入和輸出的接續(xù)器。定子只有閉合的鐵芯 而不需要任何繞組。整個(gè)整流子變頻機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分相當(dāng)于直流電機(jī)的電樞，不僅繞組相 同，且整流子也與直流電機(jī)的換向器相類(lèi)似，不同點(diǎn)僅在于二點(diǎn)， 一是直流電機(jī)只有正 極和負(fù)極二個(gè)電刷，而整流子變頻機(jī)上有交流電的輸出電刷，在三相電制中，則有A、 B、 C三個(gè)電刷。二是整流子變頻機(jī)還比直流電機(jī)多一組滑環(huán)和電刷，那就是整流子變頻機(jī)的 輸入電刷。
將某一頻率的交流電從整流子變頻機(jī)31的滑環(huán)和電刷處輸入，則在整流子變頻機(jī)轉(zhuǎn) 子上將產(chǎn)生某一轉(zhuǎn)向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如果整流子變頻機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，則在整流子變頻機(jī)的整流 子和電刷上將輸出與所輸入電壓和頻率都相同的交流電；如果整流子變頻機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，則整 流子變頻機(jī)的整流子和電刷上將輸出與所輸入電壓相同但頻率改變的交流電，轉(zhuǎn)速越高， 頻率的改變也越大，這就是整流子變頻機(jī)的變頻機(jī)理。整流子變頻機(jī)的輸入交流電的頻 率Fi、輸出交流電的頻率Fo和整流子變頻機(jī)的轉(zhuǎn)速n有以下關(guān)系式
Fo = Fi ± n/60 (式1)
其中，F(xiàn)i為輸入整流子變頻機(jī)的交流電頻率(Hz)，
Fo為從整流子變頻機(jī)輸出的交流電頻率(Hz)， n為整流子變頻機(jī)的轉(zhuǎn)速(rpm)。
整流子變頻機(jī)只能改變交流電的頻率而不能改變交流電的電壓值，不管整流子變頻 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與否，也不管整流子變頻機(jī)的轉(zhuǎn)速大小，其輸入輸出電壓總是相同的。
為使本系統(tǒng)能達(dá)到并網(wǎng)要求，變頻機(jī)的電壓也必須與電網(wǎng)保持一致，而為了改變系 統(tǒng)輸電的功率因數(shù)，又要求對(duì)變頻機(jī)的電壓進(jìn)行微調(diào)，以上這些要求可通過(guò)改變發(fā)電機(jī) 的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以本系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)22必須采用電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，如果發(fā)電機(jī)22 采用永磁發(fā)電機(jī)，則系統(tǒng)中的升壓變壓器41必須采用調(diào)壓變壓器，或者在整流子變頻機(jī) 31的前端或后端增加額外的調(diào)壓器。
由于整流子變頻機(jī)的重量比電子變頻器大，而且整流子變頻機(jī)中的整流子、滑環(huán)和 電刷需要較多的維護(hù)保養(yǎng)，所以整流子變頻機(jī)不宜安放在機(jī)艙內(nèi)，而以安裝在地面的輸 變電室為宜。這對(duì)減輕高空機(jī)艙重量和今后的保養(yǎng)都有好處。
由于發(fā)電機(jī)22送出的是變頻的交流電，不適合于向機(jī)艙內(nèi)的其它設(shè)備供能，因此， 必須由變壓器32引一路恒壓恒頻的交流電，經(jīng)輸電線32向機(jī)艙和塔筒2供電，如圖1 所示。
為進(jìn)一步明了本系統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)的區(qū)別，圖2所示為現(xiàn)有的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖。
在現(xiàn)有系統(tǒng)'中，風(fēng)葉l將風(fēng)能中的動(dòng)能，輸送到機(jī)械和傳動(dòng)裝置21，機(jī)械和傳動(dòng)裝 置包括輪轂和主軸系、齒輪箱、制動(dòng)器等，成為系統(tǒng)的機(jī)械能，然后直接或者通過(guò)齒輪 箱間接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)22發(fā)電，并通過(guò)電子變頻器23，改變?yōu)楹泐l恒壓的交流電，上述部件 均安裝在機(jī)艙和塔筒2內(nèi)。電能再通過(guò)輸電線3，進(jìn)入變電室4內(nèi)，依此連接升壓變壓器 41和并網(wǎng)裝置42,將電能通過(guò)輸電線5輸送到電網(wǎng)。
目前的商品整流子變頻機(jī)在變頻運(yùn)行過(guò)程中，都存在環(huán)流。因?yàn)樵谌魏握髯幼冾l 機(jī)中，每相的電刷在大部分時(shí)間內(nèi)，都必須與相鄰的二片整流子保持接觸，當(dāng)這二片整 流子間有電壓差時(shí)，整流子變頻機(jī)的相關(guān)繞組內(nèi)將引起環(huán)流，環(huán)流將引起整流子變頻機(jī) 的附加損耗、整流子片電損、以及繞組和電刷的發(fā)熱，使整流子變頻機(jī)的效率降低。為提高本系統(tǒng)的產(chǎn)電效果，提高系統(tǒng)的可靠性，可以采用無(wú)環(huán)流枘整流子變頻機(jī)。
采用無(wú)環(huán)流的整流子變頻機(jī)后，無(wú)環(huán)^^整流子變頻機(jī)內(nèi)的環(huán)流將比普通變頻機(jī)大幅 度減小，無(wú)環(huán)流整流子變頻機(jī)的效率將接近電子變頻器，本發(fā)明系統(tǒng)的效率將明顯提高， 系統(tǒng)的優(yōu)越性，特別是性?xún)r(jià)比也將顯著地超過(guò)現(xiàn)有系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種高性?xún)r(jià)比變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)由風(fēng)葉1、機(jī)艙和塔筒2、機(jī)械和傳動(dòng)裝置21、發(fā)電機(jī)22、偏航器24、控制器25、輸電線31和32，以及變電房4、升壓變壓器41、并網(wǎng)裝置42、電網(wǎng)輸電線5等組成，其特征為發(fā)電機(jī)輸出的變頻電流從機(jī)艙和塔筒2向下，通過(guò)輸電線31，輸送到安裝在變電房4中的變頻裝置，且變頻裝置為整流子變頻機(jī)40。
2、 權(quán)利要求1所述的高性?xún)r(jià)比變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征為變頻裝置40是 無(wú)環(huán)流整流子變頻機(jī)。
全文摘要
一種高性?xún)r(jià)比的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由風(fēng)葉1、機(jī)艙和塔筒2、機(jī)械傳動(dòng)裝置21、發(fā)電機(jī)22、偏航器24、控制器25、輸電線31和32，以及變電房4、升壓變壓器41、并網(wǎng)裝置42、電網(wǎng)輸電線5等組成，將電子變頻裝置用無(wú)環(huán)流整流子變頻機(jī)代替，并安置在變電房4中，新系統(tǒng)具有諧波少、控制方便、技術(shù)維護(hù)簡(jiǎn)單、機(jī)艙重量輕等優(yōu)點(diǎn)，尤其是制造成本低、性?xún)r(jià)比高，特別適合中國(guó)的市場(chǎng)需求。
文檔編號(hào)H02M5/36GK101677224SQ200810200050
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者於岳亮 申請(qǐng)人:上海億途信息技術(shù)有限公司