专利名称：发电系统及发电系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及发电技术领域，具体地说，涉及一种发电系统及发电系统的控制方法， 该系统尤其适用于风力发电及水利发电。
背景技术：
传统的同步发电机由于技术成熟、结构简单、成本低廉，各种形式的发电系统中被广泛地使用。而对于水利发电系统和风力发电系统，由于在一天中的各个时刻水流速度和风速是不断变化的，原动机或者原动机经管齿轮箱等变速机构输出的转速难以保持恒定， 在采用同步发电机为核心的发电系统中，发电系统输出的电压频率和幅值难以保持稳定。 对于风力发电系统，由于在现在风电机组由离网型、向并网型小容量向大容量发展的阶段， 这一问题更是尤为突出。为了解决上述问题，要么强迫原动机与同步发电机的转速匹配，对于水力发电而言，可能导致水轮机无法处于最佳工况，大大降低了发电效率，同时会降低发电机组的寿命；要么在发电系统的输出端增加变频装置，这无疑增加了成本，也不利于提高发电效率。同时，并网运行的同步发电机必须从电网吸收感性的无功电流，这将导致电网功率因数下降，也不利于提高电力系统的静态和暂态稳定性。
发明内容
本发明为了解决现有的以同步电机为核心的发电系统，在原动机变速运行时发电系统难以保持恒频输出的缺陷，提供一种发电系统及发电系统的控制方法。本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现 本发明的第一方面，一种发电系统，其特征在于，包括
第一电机，第一电机的转子与原动机连接，转子采用多相对称的励磁绕组进行交流励磁，定子采用三相绕组，输出预定频率的三相交流电；
第二电机，第二电机的转子与第一电机的转子同轴连接，第二电机的定子进行励磁，转子绕组进行馈电；
第一变频装置，其连接第一电机的转子励磁绕组和第二电机的转子绕组，与第一电机和第二电机的转子同速旋转，根据第一电机转子的转速，实时向第一电机的转子励磁绕组输入频率为第一电机转差频率的交流励磁电进行励磁。本发明中，所述第一电机的定子绕组连接电网，定子绕组输出电网频率的三相交流电。所述第一电机的定子绕组通过第三变频装置连接电网，并通过第三变频装置输出电网频率的三相交流电。本发明中，所述第一电机的转子励磁绕组采用m相交流励磁，其转子具有mXP对分裂凸极，mXP对分裂凸极的励磁绕组由m相各P对励磁绕组组成，m相励磁绕组在空间上相差360Λ2ΧπιΧΡ)度电角度分布，m相励磁绕组由第一变频装置输入时间上相差360/ (2Xm)度电角度的交流电进行励磁。所述第一电机的转子为隐极转子，转子采用三相对称的励磁绕组，由第一变频装置输入三相交流电进行励磁。本发明中，所述第二电机为同步发电机，定子绕组通过第二变频装置由电网提供直流电进行励磁。本发明中，所述第二电机为永磁同步发电机，定子安装永磁体，由永磁体进行励磁。本发明的第二方面，一种发电系统的控制方法，其特征在于，包括
设置与原动机同轴连接的第一电机和第二电机，第二电机采用定子励磁，其转子绕组通过与第一电机和第二电机的转子同速旋转的第一变频装置向第一电机转子的励磁绕组提供交流励磁电源；
根据第一电机转子的转速和第一电机定子绕组所输出三相交流电的预定频率，控制第一变频装置输出的交流励磁电的频率始终等于第一电机的转差频率。本发明中，所述第一电机的定子绕组连接电网，定子绕组输出电网频率的三相交流电。所述第一电机的定子绕组通过第三变频装置连接电网，并通过第三变频装置输出电网频率的三相交流电。本发明中，所述第一电机的转子励磁绕组采用m相交流励磁，其转子具有mXP对分裂凸极，mXP对分裂凸极的励磁绕组由m相各P对励磁绕组组成，m相励磁绕组在空间上相差360Λ2ΧπιΧΡ)度电角度分布，m相励磁绕组由第一变频装置输入时间上相差360/ (2Xm)度电角度的交流电进行励磁。所述第一电机的转子为隐极转子，转子采用三相对称的励磁绕组，由第一变频装置输入三相交流电进行励磁。本发明中，所述第二电机为同步发电机，定子绕组通过第二变频装置由电网提供直流进行励磁。本发明中，所述第二电机为永磁同步发电机，定子安装永磁体，由永磁体进行励磁。本发明的发电系统，由于第一电机与第二电机同轴设置，第二电机转子与第一电机转子相对静止，第二电机提供的励磁电源通过同速度旋转的变频装置直接连通第一电机转子励磁绕组，省略容易出故障的碳刷，大大减少了第一电机的维修费用及时间。通过变频装置改变第一电机转子励磁电源的频率，可以适应第一电机转速的变化，使其与原动机的最佳转速匹配，提高机组的效率并显著提高电力系统的静态和暂态稳定性。同时，通过变频装置改变第一电机励磁电流的幅度，可以调节发电机系统发出或吸取的无功分量，以适应电网功率因数的调整，特别是可以深吸电网无功稳定运行；通过变频装置改变第一电机励磁电流的相位，可以快速完成发电状态的电磁调节过程，从而保证发电系统电压或无功的快速调节。
这样，在水力发电中，可以根据水头不同季节的变化相应地改变第一电机转子励磁电源的频率，使得水轮机无论在汛期还是枯水期都处于最佳工况，提高效率，并延长机组的使用寿命。在风力发电中，在风力大小变化时，使风力机叶尖转速与风速之比保持不变来达到最佳的风能利用率，第一电机变速运行中，始终保持输出恒频的交流电。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。图2为本发明实施例二的结构示意图。图3为本发明实施例三的结构示意图。图4为本发明实施例四的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。本发明的主旨在于，针对现有以同步电机为核心的发电系统，尤其是水利发电系统和风力发电系统，由于在一天中的各个时刻水流速度和风速是不断变化的，原动机或者原动机经管齿轮箱等变速机构输出的转速难以保持恒定，使得发电系统输出的电压频率和幅值难以保持稳定的问题，提供一种发电系统及发电系统控制方法。参见图1，本发明的实施例一中，第一电机1的定子绕组与传统同步发电机的定子绕组相同，采用三相绕组，转子绕组进行励磁，在原动机6或者原动机6经齿轮箱等变速机构7的带动下，定子绕组向电网5进行馈电，定子绕组中的三相对称交流电，则在第一电机1的气隙中产生一个旋转磁场，此旋转磁场的旋转速度为同步转速
权利要求
1.发电系统，其特征在于，包括第一电机，第一电机的转子与原动机连接，转子采用多相对称的励磁绕组进行交流励磁，定子采用三相绕组，输出预定频率的三相交流电；第二电机，第二电机的转子与第一电机的转子同轴连接，第二电机的定子进行励磁，转子绕组进行馈电；第一变频装置，其连接第一电机的转子励磁绕组和第二电机的转子绕组，与第一电机和第二电机的转子同速旋转，根据第一电机转子的转速，实时向第一电机的转子励磁绕组输入频率为第一电机转差频率的交流励磁电进行励磁。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于所述第一电机的定子绕组连接电网，定子绕组输出电网频率的三相交流电。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于所述第一电机的定子绕组通过第三变频装置连接电网，并通过第三变频装置输出电网频率的三相交流电。
4.根据权利要求1至3任一所述的发电系统，其特征在于所述第一电机的转子励磁绕组采用m相交流励磁，其转子具有mXP对分裂凸极，mXP对分裂凸极的励磁绕组由m相各P对励磁绕组组成，m相励磁绕组在空间上相差360Λ2ΧπιΧΡ)度电角度分布，m相励磁绕组由第一变频装置输入时间上相差360Λ2Χπι)度电角度的交流电进行励磁。
5.根据权利要求1至3任一所述的发电系统，其特征在于所述第一电机的转子为隐极转子，转子采用三相对称的励磁绕组，由第一变频装置输入三相交流电进行励磁。
6.根据权利要求1至3任一所述的发电系统，其特征在于所述第二电机为同步发电机，定子绕组通过第二变频装置由电网提供直流电进行励磁。
7.根据权利要求1至3任一所述的发电系统，其特征在于所述第二电机为永磁同步发电机，定子安装永磁体，由永磁体进行励磁。
8.发电系统的控制方法，其特征在于，包括设置与原动机同轴连接的第一电机和第二电机，第二电机采用定子励磁，其转子绕组通过与第一电机和第二电机的转子同速旋转的第一变频装置向第一电机转子的励磁绕组提供交流励磁电源；根据第一电机转子的转速和第一电机定子绕组所输出三相交流电的预定频率，控制第一变频装置输出的交流励磁电的频率始终等于第一电机的转差频率。
9.根据权利要求8所述的发电系统的控制方法，其特征在于所述第一电机的定子绕组连接电网，定子绕组输出电网频率的三相交流电。
10.根据权利要求8所述的发电系统的控制方法，其特征在于所述第一电机的定子绕组通过第三变频装置连接电网，并通过第三变频装置输出电网频率的三相交流电。
全文摘要
本发明为了解决现有的以同步电机为核心的发电系统，在原动机变速运行时发电系统难以保持恒频输出的缺陷，提供一种发电系统及发电系统的控制方法。本发明根据第一电机转子的转速和第一电机定子绕组所输出三相交流电的预定频率，控制第一变频装置输出的交流励磁电源的频率，始终等于第一电机的转差频率，以适应第一电机转速的变化，使其与原动机的最佳转速匹配，实现发电系统变速恒频输出，同时提高发电系统的效率并显著提高电力系统的静态和暂态稳定性。
文档编号H02P9/42GK102291078SQ20111022624
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者刘立军, 张映明, 高关中 申请人:东元总合科技(杭州)有限公司