专利名称：一种直流输出非并网型风力发电机组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非并网型风力发电机组，机组输出的直流电为高耗能用户供电，属于风电新能源技术领域。
技术背景风能作为一种清洁能源，在国际上的节能减排中的地位日益重要。近年来，作为风能转化电能的装置——风力发电机组的设计、采购、应用越来越成熟和多样化。机型控制模式从定桨失速到变桨变速；功率从kW级到 级机组；风电在电网中的比例也从小变大。风具有随机性和不稳定性，造成并入电网的电能也具有波动性。风电在电网中占的比例越来越大，当电网电压出现短时的跌落时，风力发电机组就会大面积脱网，导致电网跌落更加严重，因此各个国家的电网对风力发电机组提出了低电压穿越的标准。然而，目前主流机型为双馈型变速恒频机组见附图2，由于双馈异步发电机的定子侧与电网直接相连，当电网电压短时跌落时，电机转子侧存在很大的过电流，且在电压恢复过程中需提供一定比例的无功支撑，因此实现低电压穿越标准更加困难。风力发电机组包括叶轮机1、齿轮箱2 (直驱型机组不包含)、发电机3、变流器4，发电机发出的电通过变流器转化为恒频、恒压的电流电能直接馈入电网，变流器是一种电力变换装置，通过控制开关管的开通与关断，调节输出电压、电流的幅值、频率。目前并网型变流器有以下两种形式，均采用开关管，因此，风力发电机组将电能馈入电网公共连接点(PCC)的同时也将电压及频率波动、电压闪变、谐波引入到公共电网，从而影响电网的电能质量。 (一 )不可控二极管整流+IGBT逆变，适用于半直驱、直驱风力发电机组，见图3。( 二)IGBT整流+IGBT逆变，适用于双馈、半直驱、直驱风力发电机组，见图4。很多高耗能的用电大户，例如小区供暖、化工电解、海水淡化等产业需要直流供电，且对电能的波动没有严格要求，而目前这些大电流的直流电主要还是由市电电网提供，市电电网在供电不足的情况下这些企业将面临停电停工的风险
实用新型内容
本实用新型的目的是为风力发电开辟一种新型的、结构简单的发电模式，为高耗能用电大户提供一种成本低、清洁的电能，解决背景技术中存在的上述问题。本实用新型技术方案是一种直流输出的风力发电机组，包括叶轮机、增速齿轮箱、发电机、变流器、电机励磁单元；叶轮机与增速齿轮箱的低速轴连接，齿轮箱的高速轴与发电机连接，发电机的定子输出端与变流器连接、励磁单元与发电机的励磁机连接，控制同步电励磁发电机的励磁电流大小；变流器的输出端与直流负载连接为负载供电。进一步地，所述的叶轮机由叶片、轮毂和变桨系统构成。进一步地，所述的增速齿轮箱的传动比在20 :1 90 :1的范围内。[0014]进一步地，所述的发电机为同步电励磁发电机或永磁同步发电机。进一步地，所述的变流器由一组三相不可控二极管整流单元或多组三相不可控二极管整流单元并联构成，所述的电机励磁单元由一组直流斩波电路构成。本实用新型的有益效果是通过控制同步电励磁发电机的励磁电流的大小，控制机组输出功率的大小，避免双馈机型必须网侧先励磁的模式，更容易实现机组离网运行；使用成熟的变桨系统保证机组在额定风速以上输出功率恒定，避免叶片进入失速状态；使用简单、经典的不可控二极管整流，省去并网型机组复杂、昂贵的交直交变流器，从而降低成本、提高机组运行稳定性，避免了无功功率控制。
图1本实用新型直流输出的非并网型风力发电机组结构示意图。图2双馈风力发电机组的结构示意图。图3不可控二极管整流+IGBT逆变变流器拓扑结构图。图4IGBT整流+IGBT逆变变流器拓扑结构图。其中I为叶轮机、2为增速齿轮箱、3为发电机、4为变流器、5为定子断路器、6为变流器软启单元、7为变压器、8为电机励磁单元、9为直流负载。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做详细描述。参见图1，一种直流输出的风力发电机组包括叶轮机1、增速齿轮箱2、发电机3、变流器4、电机励磁单元8。所述的叶轮机I由叶片、轮毂和变桨系统构成。变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。所述的增速齿轮箱2的传动比在20 :1 — 90 :1的范围，所述的发电机3为同步电励磁发电机或永磁同步发电机，所述的变流器4至少由一组三相不可控二极管整流单元或多组三相不可控二极管整流单元并联构成，所述的电机励磁单元属于变流器4，由一组直流斩波电路构成。叶轮机I与增速齿轮箱2的低速轴连接，齿轮箱2的高速轴与同步电励磁发电机3连接，发电机的定子输出端与变流器4连接、励磁单元8与发电机的励磁机连接，变流器的输出端与直流负载连接为负载供电。通过励磁单元8控制同步电励磁发电机3的励磁电流大小，控制发电机输出功率的大小；同时使用简单的不可控二极管结构的变流器4，将直流直接与负载相连，省去并网型机组复杂、昂贵地交直交变流器，从而降低成本、提高机组运行稳定性，避免了无功功率控制。
权利要求1.一种直流输出非并网型风力发电机组，包括叶轮机(I)、增速齿轮箱(2)、发电机(3)、变流器⑷、电机励磁单元⑶；其特征在于叶轮机⑴与增速齿轮箱⑵的低速轴连接，齿轮箱(2)的高速轴与发电机(3)连接，发电机(3)的定子输出端与变流器(4)连接、励磁单元(8)与发电机的励磁机连接，控制同步电励磁发电机(3)的励磁电流大小；变流器(4)的输出端与直流负载连接为负载供电。
2.根据权利要求1所述的直流输出非并网型风力发电机组，其特征在于所述的叶轮机由叶片、轮毂和变桨系统构成。
3.根据权利要求1或2所述的直流输出非并网型风力发电机组，其特征在于所述的增速齿轮箱的传动比在20 :1 90 :1的范围内。
4.根据权利要求1所述的直流输出非并网型风力发电机组，其特征在于所述的发电机为同步电励磁发电机或永磁同步发电机。
5.根据权利要求1所述的直流输出非并网型风力发电机组，其特征在于所述的变流器由一组三相不可控二极管整流单元或多组三相不可控二极管整流单元并联构成，所述的电机励磁单元由一组直流斩波电路构成。
专利摘要一种直流输出非并网型风力发电机组，包括叶轮机(1)、增速齿轮箱(2)、发电机(3)、变流器(4)、电机励磁单元(8)；其特征在于叶轮机(1)与增速齿轮箱(2)的低速轴连接，齿轮箱(2)的高速轴与发电机(3)连接，发电机(3)的定子输出端与变流器(4)连接、励磁单元(8)与发电机的励磁机连接，控制同步电励磁发电机(3)的励磁电流大小；变流器(4)的输出端与直流负载连接为负载供电。本实用新型更容易实现机组离网运行；省去并网型机组复杂、昂贵的交直交变流器，从而降低成本、提高机组运行稳定性，避免了无功功率控制。
文档编号F03D11/02GK202906824SQ20122039109
公开日2013年4月24日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者霍连文, 章丽珍 申请人:西安久和能源科技有限公司