一种分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机

本发明属于新能源及电力工程，涉及一种分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机。

背景技术：

1、当今世界能源危机不断加剧，环境污染问题也越发受到重视，很多国家都将新能源纳入国家能源优先发展目标。海上风能拥有资源丰富、开发占地少、对环境影响小等特点，具备良好的开发前景。近年来，随着海上风电技术的不断发展，海上风机的离岸距离也越来越远，传统的电能传输技术已不再是最佳选择。西安交通大学王锡凡院士提出的分频输电系统，通过降低输电频率来减少输电电抗，可成倍提高系统传输容量，同时大大提高高压交流输电的传输距离，对于需要远距离输电的海上风力发电具有十分重要的意义。

2、风力发电机作为风能和电能的转换单元，是分频输电系统中的核心组件之一。目前已有学者针对适用于分频输电系统的发电机类型进行了研究，结果表明传统低速直驱永磁发电机可以用于分频输电系统。不过传统直驱永磁发电机在接入电网时，为了输出频率稳定的50/3赫兹交流电，需要使用全功率的逆变器进行整流逆变，这对大功率海上风力发电机而言，所需要的逆变器容量和成本是非常巨大的。此外，传统直驱永磁风力发电机用于分频输电系统时，只能发出50/3赫兹的电能，而发电厂的用电系统则需要50赫兹的电能，为满足厂用电系统的需求，通常还需要增加额外的变频装置，这使得分频输电系统的成本进一步增大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，该发电机能够分别发出50/3赫兹和50赫兹的电能，且具有经济性高、运行可靠性高以及性能优越的特点。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机包括定子及转子，定子套接于转子上，定子与转子之间具有气隙；

3、所述转子包括转子铁心，所述转子铁心内设置有安置腔，各安置腔内均设置有转子永磁体，所述转子铁心的外壁上设置有若干转子槽；

4、所述定子包括定子铁心及定子电枢绕组，定子铁心的内侧设置有若干定子齿；

5、所述定子电枢绕组包括50/3赫兹绕组及50hz绕组，其中，50/3赫兹绕组按照三相对称的绕组结构缠绕于定子齿上，50hz绕组按照三相对称的绕组结构缠绕于定子齿上。

6、转子永磁体的极对数与50/3赫兹绕组的极对数相同。

7、相邻定子齿之间形成定子槽，50/3赫兹绕组及50hz绕组均位于所述定子槽内。

8、通过所述转子槽调节气隙磁阻的分布，以产生3p对极的磁场谐波分量，通过调节转子槽的大小及形状，以调节气隙中3p对极的磁场谐波的含量，其中，p为整数。

9、在工作时，50/3赫兹绕组产生磁极对数为p对极的基波磁场。

10、50/3赫兹绕组与气隙中p对极的磁场相互作用，以发出频率为50/3赫兹的交流电。

11、在工作时，50hz绕组产生磁极对数为3p对极的基波磁场。

12、50hz绕组与气隙中p对极及3p对极的磁场相互作用，以发出频率为50赫兹的交流电。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机在具体操作时，定子与转子之间具有气隙，所述转子铁心内设置有安置腔，各安置腔内均设置有转子永磁体，所述转子铁心的外壁上设置有若干转子槽，同时50/3赫兹绕组按照三相对称的绕组结构缠绕于定子齿上，50hz绕组按照三相对称的绕组结构缠绕于定子齿上，50/3赫兹绕组能够发出50/3赫兹的电能，50hz绕组能够发出50赫兹的电能，其中，50/3hz的电能可以直接输送至分频输电电网，从而省掉中间的变频装置，使分频输电系统的经济性及可靠性得到提高；50hz的电能可以经过变频装置与分频输电电网相连接，同时直接与发电厂的厂用电系统相连接，从而省掉风力发电机与发电厂之间的变频装置，使整个系统的经济性及运行可靠性得到进一步提高；同时，本发明只需对50hz绕组进行控制，就能够实现对风力发电机运行状态的调整和控制，因此控制系统可以得到简化，整个系统的经济性和可靠性进一步得到提高。

技术特征：

1.一种分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，包括定子(1)及转子(2)，定子(1)套接于转子(2)上，定子(1)与转子(2)之间具有气隙；

2.根据权利要求1所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，转子永磁体(3)的极对数与50/3赫兹绕组(6-1)的极对数相同。

3.根据权利要求2所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，相邻定子齿之间形成定子槽，50/3赫兹绕组(6-1)及50hz绕组(6-2)均位于所述定子槽内。

4.根据权利要求3所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，通过所述转子槽(7)调节气隙磁阻的分布，以产生3p对极的磁场谐波分量，通过调节转子槽(7)的大小及形状，以调节气隙中3p对极的磁场谐波的含量，其中，p为整数。

5.根据权利要求3所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，在工作时，50/3赫兹绕组(6-1)产生磁极对数为p对极的基波磁场。

6.根据权利要求5所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，50/3赫兹绕组(6-1)与气隙中p对极的磁场相互作用，以发出频率为50/3赫兹的交流电。

7.根据权利要求3所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，在工作时，50hz绕组(6-2)产生磁极对数为3p对极的基波磁场。

8.根据权利要求7所述的分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，其特征在于，50hz绕组(6-2)与气隙中p对极及3p对极的磁场相互作用，以发出频率为50赫兹的交流电。

技术总结
本发明公开了一种分频输电系统用内置永磁式双馈风力发电机，包括定子及转子，定子套接于转子上，定子与转子之间具有气隙；所述转子包括转子铁心，所述转子铁心内设置有安置腔，各安置腔内均设置有转子永磁体，所述转子铁心的外壁上设置有若干转子槽；所述定子包括定子铁心及定子电枢绕组，定子铁心的内侧设置有若干定子齿；所述定子电枢绕组包括50/3赫兹绕组及50Hz绕组，其中，50/3赫兹绕组按照三相对称的绕组结构缠绕于定子齿上，50Hz绕组按照三相对称的绕组结构缠绕于定子齿上，该发电机能够分别发出50/3赫兹和50赫兹的电能，且具有经济性高、运行可靠性高以及性能优越的特点。

技术研发人员：贾少锋,袁志东,刘禹良,梁得亮,王曙鸿,王秀丽,王锡凡
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16