专利名称：独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电气装备范围，特别涉及一种独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统。
背景技术：
风能作为一种无污染、可再生的新能源有着广阔的发展前景，在国内外得到了广泛应用。我国是风力资源比较丰富的国家，在沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆和少数民族地区，风力发电成为解决生产和生活能源的一种可靠途径，可以取得很好的经济效益和社会效益。
截止2000年底，我国小型风力发电机组生产企业累计生产各种小型风力发电机组197940台，总装机容量为50.227万千瓦，年发电量7066千瓦时。(摘自解放军报据专家预计，到2010年我国风力发电装机容量可达400万千瓦，到2020年达600万至800万千瓦。目前中国小型风电机的装机能力是每年30000台。有关部门对内蒙古草原一个四口之家的调查显示，在安装风力发电机之前，使用煤油灯、蜡烛、手电筒等照明，年均费用为261元人民币。安装100瓦风力发电机后，年均费用为222元人民币。风能发电不仅为牧民省了钱，而且改善了供能和生活质量。实践证明，在非并网地区，使用小型风电技术比使用传统能源供电更为有利。)中国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。而以到2020年预计达800万千瓦装机容量计，仍仅占实际可开发利用风能的3.2％，可见开发利用风能潜力之巨大。
根据异步电机理论，独立运行的笼型转子三相异步风力发电机运行时，需有容性励磁电流支持其建立稳定的输出电压，此励磁电流通常以在发电机输出端并联接入电容器获得，当发电机负载及风速变动时，欲维持发电机的电压不变，须相应地变动并接电容器的电容数值，既相应变动容性励磁电流的大小。
早期，常规独立运行的笼型转子三相异步风力发电机，其机端并联接入一组定值三相电容器，其输出电压的稳定区间小，电压波动大，运行效率低；近几年，针对上述仅并接一组定值三相电容器独立运行的笼型转子三相异步风力发电机运行时的明显弱点，有人提出在发电机端并联接入三相电容组，根据发电机负载及风速变动情况，改变并联接入三相电容器容值的大小，以较好地稳定输出电压，改善发电机组性能。但其三相电容器组体积大，且因电容器投切引起的电压瞬变及电流冲击，及其控制容量较大、电压为有级调节等原因，使得这种方法的控制成本及可靠性等方面仍有局限性。
目前，国内独立运行的风力发电机，多为永磁同步发电机，由于其励磁不可调节，因此发电机所能适应的风速变化范围有限，导致其输出电压的稳定区间较小，同时风力机的平均风能转化效率不高，使整个发电系统整体效率不高；另外，永磁同步发电机与异步发电机相比，还有成本高，可靠性低的劣势。这也是目前中、大容量风力发电机广泛采用三相异步发电机的根本原因。
与上述二种方法相比，本发明在独立运行的笼型转子三相异步风力发电机机端的定子绕组上，并联接入静止无功电源(SVG)装置，具有无需三相电容组，控制容量小，体积小，输出电压更稳定且可实现无级调节，发电系统没有了因电容器投切引起的电压瞬变及电流冲击，系统运行更加稳定，效率高，发电机输出电压的稳定区间大等优点。本专利在国内未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统。其特征在于，所述发电系统由6部分组成，在三相异步风力发电机1机端的定子绕组上并联接入SVG装置，并通过开关和负载5连接；示意图2中的虚线框内所示就是静止无功电源SVG装置。从负载经CT和SVG装置的控制器2连接，从三相异步风力发电机1的三相定子绕组通过PT和SVG装置的控制器2连接，转速检测装置6分别和控制器2和三相异步风力发电机1连接。
所述静止无功电源SVG装置由控制器2、IGBT电路桥4和脉冲发生器3构成。
所述IGBT电路桥为由六路IGBT和二极管组成的自换相桥式电路组成，其拓扑图形如图3。其直流侧由直流电源供电，当触发信号按控制器指令交替顺序导通二路IGBT支路时，可获得三相交流电输出，通过控制调节桥式电路交流侧的输出电流，达到控制调节电机输出电压的目的。
本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明在独立运行的笼型转子三相异步风力发电机机端的定子绕组上，并联接入静止无功电源(SVG)装置，具有无需三相电容组，控制容量小，体积小，输出电压的稳定区间大，且可实现无级调节，发电系统没有了因电容器投切引起的电压瞬变及电流冲击，系统运行更加稳定，效率高等优点。
实验表明，控制器容量与发电系统的最低稳定转速密切相关，当控制器功率容量小于发电机容量45％时，维持输出电压稳定的区间可达(0.5～1.8)倍额定转速；由于发电机为笼型转子三相异步电机，与同容量绕线式转子三相异步发电机或永磁同步发电机相比，成本大幅降低，而可靠性却大幅提高。
图1为发电系统组成示意图。
图2发电系统原理示意图。
图3为IGBT电路桥组成原理示意图。
具体实施例方式
本发明提供一种独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统。本发明运用异步电机理论，根据独立运行的笼型转子三相异步风力发电机运行时，需有容性励磁电流支持其建立稳定输出电压的结论，提出在独立运行的笼型转子三相异步风力发电机机端定子绕组上，并联接入静止无功电源(SVG)装置，根据发电机的输出电压和转速信号，动态调节发电机的励磁电流，以扩大发电机输出电压的稳定区间、提高发电效率。
在示意图1、图2中，其发电系统由6部分组成，在三相异步风力发电机1机端的定子绕组上并联接入SVG装置，并通过开关和负载5连接；示意图2中的虚线框内所示就是静止无功电源SVG装置。从负载经CT和SVG装置的控制器2连接，从三相异步风力发电机1的三相定子绕组通过PT和SVG装置的控制器2连接，转速检测装置6分别和控制器2和三相异步风力发电机1连接。
所述静止无功电源SVG装置由控制器2、IGBT电路桥4和脉冲发生器3构成。
所述IGBT电路桥为由六路IGBT和二极管组成的自换相桥式电路组成，其拓扑图形如图3。直流侧由直流电源供电，当触发信号按控制器指令交替顺序导通二路IGBT支路时，可获得三相交流电输出，通过控制调节桥式电路交流侧的输出电流，达到控制调节电机输出电压的目的。
在上述独立运行的笼型转子三相异步风力发电机机端的定子绕组上并联接入SVG装置，SVG的控制器2采集发电机的输出电压、转速以及负载电流信号。电压信号经PT输入控制器2后，与参考电压比较形成闭环控制，生成所需的励磁电流的幅值与相位，控制器2按照负载状况及电机转速生成所需的频率信号，一起送入脉冲触发器3，经脉冲触发器调节，向IGBT电路桥4输出6路控制信号，使IGBT电路桥4向发电机提供励磁电流，从而实现动态调节输出电压；以此保证发电系统在负荷和风速变化时能维持较大的输出电压稳定区间。
权利要求
1.一种独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统，其特征在于，所述发电系统的组成为，在三相异步风力发电机(1)机端的定子绕组上并联接入SVG装置，并通过开关和负载(5)连接；从负载经CT和SVG装置的控制器(2)连接，从三相异步风力发电机(1)的三相定子绕组通过PT和SVG装置的控制器(2)连接，转速检测装置(6)分别和控制器(2)和三相异步风力发电机(1)连接。
2.根据权利要求1所述独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统，其特征在于，所述静止无功电源SVG装置由控制器(2)、IGBT电路桥(4)和脉冲发生器(3)构成。
3.根据权利要求2所述独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统，其特征在于，所述IGBT电路桥由六路IGBT和二极管组成的自换相桥式电路组成，直流侧由直流电源供电，当触发信号按控制器指令交替顺序导通二路IGBT支路时，可获得三相交流电输出，通过控制调节桥式电路交流侧的输出电流，达到控制调节发电机输出电压的目的。
全文摘要
本发明公开了属于电气装备范围的一种独立运行的笼型转子三相异步风力发电系统。发电系统是在三相异步风力发电机机端的定子绕组上并联接入SVG装置，并通过开关和负载连接；负载经CT、发电机经PT和SVG装置的控制器连接，转速检测装置分别和SVG装置的控制器和三相异步风力发电机连接。本发明具有无需三相电容器组，控制容量小，体积小，输出电压的稳定区间大，且可实现无级调节，发电系统没有了因电容器投切引起的电压瞬变及电流冲击，系统运行更加稳定，效率高等优点。
文档编号H02P9/30GK1773107SQ20051011758
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年11月8日
发明者翟庆志, 柴建云 申请人:中国农业大学