专利名称：一种实现永磁风力发电机组低风速起动的方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁风力发电机组的起动方法，特别是一种通过全功率变流器， 能使永磁发电机起动时处于电动状态，有效克服永磁风力发电机所固有的起动阻力矩，使 之能在低风速下顺利起动运行的方法，从而提高了风力发电机组对风能的利用效率。属于 风力发电技术领域。
背景技术：
全世界范围内，常规能源多属不可再生能源，同时常规能源在使用以及转化为二 次能源过程中会引发严重的环境污染，并排放出大量CO2等温室气体，造成全球气候变暖。 这些因素促使各国努力发展新型的可再生能源，以满足日益增长的能源需求，同时改善日 益恶化的生态环境，实现社会可持续发展。可再生能源主要包括水能、太阳能、风能、地热 能、潮汐能以及生物质能，其中风能的成本具有比较优势，且最具备大规模商业化运营的条 件，被认为是最适于大规模开发利用的形式之一。风力发电是风能的主要开发利用方式，并 网运行从20世纪80年代兴起之后，就受到世界各国的高度重视，因而迅速实现了商业化、 产业化，特别是随着计算机与控制技术的飞速发展，风力发电机组的发展极为迅速，其单机 容量从最初的数十千瓦级发展到现在的数兆瓦级机组。由于风轮的转速相对于发电机的同步转速要低很多，传统的风力发电系统中需要 多级的变速齿轮箱，将风机的转速进行提升。但随着风力发电机单机容量的不断增大，风轮 尺寸的增加，齿轮箱的存在将大大增加系统的成本、体积和质量，还会带来机组噪声增大、 效率降低、寿命减小以及传动精度降低等不利因素，同时给系统的维护带来很大的困难。直 驱永磁风力发电系统是将发电机和风轮轴直接连接，取消中间的增速齿轮箱，并采用多极 低速永磁同步电机作为发电机，其转子用永久磁铁取代电励磁磁场。通过大功率电力电子 变流器，将发电机输出的变频变幅的电能转换为符合电网要求的能量，输送到电网上。这样 的设计提高了风力机组的系统可靠性和风能的利用效率，适合机组容量的大型化和海上风 力发电系统。由于风轮直接和电机连接，机组的起动阻力矩是永磁风力发电机的一个重要指 标，它直接关系到机组的起动和低速运行性能。阻力矩是在发电机定子不通电的情况下，由 转子中的永磁体和定子开槽互相影响而产生的，电机中定子和转子磁场相互耦合，气隙中 磁贮能的突然改变而产生的定位力矩。考虑到低速永磁式同步发电机组的特点，由于取消 了升速齿轮箱，风轮和电机转子直接连在一起，只有当施加在风轮上的拖动转矩大于永磁 电机的阻力矩后，风轮才能开始自由旋转。起动阻力矩小，发电机在低速风时便能起动发 电，切入风速低，提高风能利用程度。反之，如果起动阻力矩较大，机组需要的切入风速较 高，就会降低了机组的风能利用率。我国主要以二三类风电场为主，占全国风资源比重高达 70%。因此降低风电机组的切入转速，提高低风速下的发电效率，具有非常重要的意义。目前，减小永磁风力发电机起动阻力矩的措施，主要是通过电机设计解决。这包括 电机定子斜槽、转子斜极以及采用定子分数槽绕组等办法。从实际应用情况来看，这些方法
3的效果不是太明显，而且增加了电机设计的难度、制造过程中的工艺难度和制造成本。因此，我们有必要通过别的角度来解决永磁风力发电机组的低风速起动问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种通过全功率变流器，使 永磁发电机在起动时处于电动状态，在电机转轴上施加一个拖动转矩，从而克服永磁风力 发电机所固有的起动阻力矩，使之能在低风速下顺利起动运行的方法。本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的一种实现永磁风力发电机组低风速起动的方法，其特征在于具体包括如下步 骤(1)检测现场风况，是否达到起动的切入风速；如果达到，则执行步骤(2)；(2)全功率变流器开始起动，发电机合闸、并网，并进入调制工作模式；(3)全功率变流器检测发电机转子的初始静止位置；(4)全功率变流器进入拖动工作模式，向发电机输出功率，拖动发电机开始运转；(5)检测发电机的转速，若达到切入转速，变流器退出拖动工作模式，并执行步骤 (6)；(6)全功率变流器转换为发电运行模式，接收主控的功率指令，将发电机所产生的 电能传送至电网。本发明的有益效果是通过对全功率变流器在两向能量流间的切换，该起动方法 可以有效地降低风力发电机起动时对环境风速的要求，提高低风速下的发电效率。
图1为风力发电机组低风速起动方法的流程图；图2为全功率变流器在拖动工作模式下能量流动方向示意图；图3为全功率变流器在发电运行模式下能量流动方向示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。本发明的永磁风力发电机组低风速起动方法其设计思想在于利用永磁风力发电 机组所配置的全功率变流器，其功率可以双向流动，既可以当发电系统，把电能从电机输送 到电网，也可以当电动系统，把电能从电网输送到电机的特点，使发电机组在起动时处于电 动状态，在电机转轴上施加一个拖动转矩，从而克服永磁风力发电机所固有的起动阻力矩， 使之能在低风速下顺利起动运行。该设计思想所基于的原理分析如下永磁风力发电机的机械方程为
权利要求
一种实现永磁风力发电机组低风速起动的方法，其特征在于具体包括如下步骤(1)检测现场风况，是否达到起动的切入风速；如果达到，则执行步骤(2)；(2)全功率变流器开始起动，发电机合闸、并网，并进入调制工作模式；(3)全功率变流器检测发电机转子的初始静止位置；(4)全功率变流器进入拖动工作模式，向发电机输出功率，拖动发电机开始运转；(5)检测发电机的转速，若达到切入转速，变流器退出拖动工作模式，并执行步骤(6)；(6)全功率变流器转换为发电运行模式，接收主控的功率指令，将发电机所产生的电能传送至电网。
全文摘要
本发明提供了一种实现永磁风力发电机组低风速起动的方法，通过该方法发电机组在低风速条件下首先使全功率变流器处于拖动工作模式，从电网吸收电能，转换为发电机的机械动能，拖动发电机运转直至达到切入转速。当发电机达到切入转速后，全功率变流器才转换为发电运行模式，将发电机所产生的电能传送至电网，完成发电机的起动。这样，发电机即使在低风速条件下仍可克服固有的机组阻力矩，达到起动条件。通过这样的起动方法可以有效地降低风力发电机起动时对环境风速的要求，提高低风速下的发电效率。
文档编号F03D9/00GK101950977SQ20101027058
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者苑国锋, 郑艳文, 陈守川 申请人:北京清能华福风电技术有限公司