一种基于无级变速的风力发电机机电分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电制造的技术领域，尤其是指一种基于无级变速的风力发电机 机电分离方法。
【背景技术】
[0002] 现今，风能作为一种清洁无污染的可再生资源，它的开发利用一直是人们探索与 研宄的重点。而如何提高风力发电机的使用效率，减少损耗和简化风力发电机复杂笨重的 结构是我们需要去思考解决的。
[0003] 现行的大型风力发电机在风速低于一定值时，控制器控制机械刹车将叶轮锁定停 止并网发电，一定程度上限制了风能的利用；而当风速较大时，则会导致变速器的效率降低 从而降低了整个风力发电机的效率。另外，目前多数叶轮与发电机之间的速度转换一般使 用齿轮箱或变速器，但多级增速齿轮箱体积庞大极易损耗且检修难度大。
[0004] 2009年东南大学提出了一种无级变速恒频运行风力发电机，并申请了专利。该电 机采用了内外转子参与变速以及加入储能装置参与反馈，提高了风能的转换效率以及供电 稳定性。但是蓄电池的笨重短周期寿命以及复杂的电机结构的对于风力发电机的维护检修 带来了更复杂的工作。
[0005] 在此基础上，本发明提出了一种基于无级变速的风力发电机机电分离的方法，电 网直接通过输入功率调节装置对无级变速器进行功率补偿，可以有效简化功率传动装置并 能稳定地在恒频状态下对风能功率充分利用。要实现风力发电机的轻简化并且实现机械部 分和发电部分的分离，其首先条件是实现传动系统和维护工作的简化，而无级变速的恒定 功率和恒定转速的输出恰好为之提供了条件。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无级变速的风力发 电机机电分离方法，该方法取消了复杂的传动装置、增速齿轮箱和变速箱，简化了传动系 统，便于风力发电机的维护，同时，无级变速器的恒功率及恒转速的输出使得系统可经简单 的传动转置外接常规发电机，并使其工作在恒速状态，实现风力发电的机械部分和发电部 分的分离，即发电部分将机械部分输出的恒定功率和恒定转速作为原动力进行发电，机械 部分与发电部分没有其它联系从而实现两部分之间的分离。
[0007] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于无级变速的风力发电机 机电分离方法，包括以下步骤：
[0008] 1)确定自然风输入的功率和无级变速器所需输入功率，其中，所述自然风输入的 功率是指由风速及功率检测装置收集到的自然风带动扇叶转动输入风机的功率，通过如下 公式确定：
[0010] 式中包含变量：由风机上测速器确定实时风速V，扇叶扫过的面积s，由当地的气 象局提供年平均气体密度值P，校正系数k ;
[0011] 2)根据自然风输入的功率和无级变速器所需输入功率的差异，经输入功率控制程 序计算获得补偿功率的数值及功率补偿控制策略，使得无极变速器的输入功率恒定；
[0012] 3)利用恒定功率输入的无级变速器将自然风输入的风速以任意变比变换转速，使 得无级变速器的输出具有恒定转速以及恒定功率；
[0013] 4)无级变速器输出的恒定转速以及恒定功率经机械传动装置连接常规发电机，作 为发电机原动力恒速工作，将能量转化为电能传送到电网中，实现风力发电机的机械部分 与发电部分的分尚。
[0014] 在步骤（2)中，所述输入功率控制程序是指经科学算法和程序语言编程的一种软 件，能够根据实时自然风输入的功率和无级变速器所需输入功率的差值，计算获得补偿功 率的数值及功率补偿控制策略，其中，补偿功率的数值由以下公式获得：
[0015] Ppatch= P rated_Pin
[0016] 式中包含变量：Ppatdl为补偿功率，P in为自然风输入的功率，P 无级变速器所 需的输入功率；
[0017] 所述功率补偿控制策略是指输入功率控制程序基于所获得的补偿功率的数值，对 输入功率调节装置提出的行动命令，其具体过程为：①当p patc;h< 0时，输入功率调节装置经 整流逆变过程变换电压，施加到异步电机，此时异步电机作为电动机，电网向无级变速器输 入功率；②当P patdl> 0时，异步电机产生的磁场产生的电磁力对于自然风是一种阻力，此时 异步电机作为发电机，电网向无级变速器吸收功率。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0019] 1、采用电网控制进行功率的输入控制，既提高了对风能的利用效率，又增加了系 统的运行可靠性，还提高了系统的运行周期。
[0020] 2、无级变速器可以实现系统在可调转速的范围内连续变化，真正地实现变速恒频 运行。
[0021] 3、无级变速器代替了笨重、体积庞大且需经常维护多级增速齿轮，不仅减轻了风 机重量，还提高了系统运行可靠性。
[0022] 4、本发明实现恒定功率，恒定转速输出有利于传动机械装置的简化，实现风力发 电机的机械部分和发电部分的分离。
[0023] 5、电能相当于只由常规的电磁式发电机产生，没有经过电力电子装置，不含谐波， 电能质量好。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明所述风力发电机机电分离方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0026] 本实施例所述的基于无级变速的风力发电机机电分离方法，采用功率检测装置、 输入功率控制程序、异步电机、整流逆变装置、无级变速器、常规发电机，其中，所述异步电 机与整流逆变装置相连，接到无级变速器输入端；所述功率检测装置接连输入功率控制程 序对异步电机、整流逆变装置、无级变速器的输入功率调节装置发出指令。包括以下步骤：
[0027] 1)确定自然风输入的功率和无级变速器所需输入功率，其中，所述自然风输入的 功率是指由风速及功率检测装置收集到的自然风带动扇叶转动输入风机的功率，通过如下 公式确定：
[0029] 式中包含变量：由风机上测速器确定实时风速V，扇叶扫过的面积s，由当地的气 象局提供年平均气体密度值P，校正系数k