專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速起動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)方法，特別是一種通過全功率變流器， 能使永磁發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)處于電動(dòng)狀態(tài)，有效克服永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)所固有的起動(dòng)阻力矩，使 之能在低風(fēng)速下順利起動(dòng)運(yùn)行的方法，從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)能的利用效率。屬于 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全世界范圍內(nèi)，常規(guī)能源多屬不可再生能源，同時(shí)常規(guī)能源在使用以及轉(zhuǎn)化為二 次能源過程中會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染，并排放出大量CO2等溫室氣體，造成全球氣候變暖。 這些因素促使各國努力發(fā)展新型的可再生能源，以滿足日益增長的能源需求，同時(shí)改善日 益惡化的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展?？稍偕茉粗饕ㄋ?、太陽能、風(fēng)能、地?zé)?能、潮汐能以及生物質(zhì)能，其中風(fēng)能的成本具有比較優(yōu)勢，且最具備大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營的條 件，被認(rèn)為是最適于大規(guī)模開發(fā)利用的形式之一。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能的主要開發(fā)利用方式，并 網(wǎng)運(yùn)行從20世紀(jì)80年代興起之后，就受到世界各國的高度重視，因而迅速實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化、 產(chǎn)業(yè)化，特別是隨著計(jì)算機(jī)與控制技術(shù)的飛速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展極為迅速，其單機(jī) 容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)兆瓦級(jí)機(jī)組。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速相對(duì)于發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速要低很多，傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中需要 多級(jí)的變速齒輪箱，將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行提升。但隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，風(fēng)輪 尺寸的增加，齒輪箱的存在將大大增加系統(tǒng)的成本、體積和質(zhì)量，還會(huì)帶來機(jī)組噪聲增大、 效率降低、壽命減小以及傳動(dòng)精度降低等不利因素，同時(shí)給系統(tǒng)的維護(hù)帶來很大的困難。直 驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪軸直接連接，取消中間的增速齒輪箱，并采用多極 低速永磁同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子用永久磁鐵取代電勵(lì)磁磁場。通過大功率電力電子 變流器，將發(fā)電機(jī)輸出的變頻變幅的電能轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的能量，輸送到電網(wǎng)上。這樣 的設(shè)計(jì)提高了風(fēng)力機(jī)組的系統(tǒng)可靠性和風(fēng)能的利用效率，適合機(jī)組容量的大型化和海上風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)。由于風(fēng)輪直接和電機(jī)連接，機(jī)組的起動(dòng)阻力矩是永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要指 標(biāo)，它直接關(guān)系到機(jī)組的起動(dòng)和低速運(yùn)行性能。阻力矩是在發(fā)電機(jī)定子不通電的情況下，由 轉(zhuǎn)子中的永磁體和定子開槽互相影響而產(chǎn)生的，電機(jī)中定子和轉(zhuǎn)子磁場相互耦合，氣隙中 磁貯能的突然改變而產(chǎn)生的定位力矩?？紤]到低速永磁式同步發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，由于取消 了升速齒輪箱，風(fēng)輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子直接連在一起，只有當(dāng)施加在風(fēng)輪上的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于永磁 電機(jī)的阻力矩后，風(fēng)輪才能開始自由旋轉(zhuǎn)。起動(dòng)阻力矩小，發(fā)電機(jī)在低速風(fēng)時(shí)便能起動(dòng)發(fā) 電，切入風(fēng)速低，提高風(fēng)能利用程度。反之，如果起動(dòng)阻力矩較大，機(jī)組需要的切入風(fēng)速較 高，就會(huì)降低了機(jī)組的風(fēng)能利用率。我國主要以二三類風(fēng)電場為主，占全國風(fēng)資源比重高達(dá) 70%。因此降低風(fēng)電機(jī)組的切入轉(zhuǎn)速，提高低風(fēng)速下的發(fā)電效率，具有非常重要的意義。目前，減小永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)阻力矩的措施，主要是通過電機(jī)設(shè)計(jì)解決。這包括 電機(jī)定子斜槽、轉(zhuǎn)子斜極以及采用定子分?jǐn)?shù)槽繞組等辦法。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，這些方法
3的效果不是太明顯，而且增加了電機(jī)設(shè)計(jì)的難度、制造過程中的工藝難度和制造成本。因此，我們有必要通過別的角度來解決永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低風(fēng)速起動(dòng)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種通過全功率變流器，使 永磁發(fā)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)處于電動(dòng)狀態(tài)，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上施加一個(gè)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而克服永磁風(fēng)力 發(fā)電機(jī)所固有的起動(dòng)阻力矩，使之能在低風(fēng)速下順利起動(dòng)運(yùn)行的方法。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)現(xiàn)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速起動(dòng)的方法，其特征在于具體包括如下步 驟(1)檢測現(xiàn)場風(fēng)況，是否達(dá)到起動(dòng)的切入風(fēng)速；如果達(dá)到，則執(zhí)行步驟(2)；(2)全功率變流器開始起動(dòng)，發(fā)電機(jī)合閘、并網(wǎng)，并進(jìn)入調(diào)制工作模式；(3)全功率變流器檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始靜止位置；(4)全功率變流器進(jìn)入拖動(dòng)工作模式，向發(fā)電機(jī)輸出功率，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)；(5)檢測發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若達(dá)到切入轉(zhuǎn)速，變流器退出拖動(dòng)工作模式，并執(zhí)行步驟 (6)；(6)全功率變流器轉(zhuǎn)換為發(fā)電運(yùn)行模式，接收主控的功率指令，將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的 電能傳送至電網(wǎng)。本發(fā)明的有益效果是通過對(duì)全功率變流器在兩向能量流間的切換，該起動(dòng)方法 可以有效地降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)環(huán)境風(fēng)速的要求，提高低風(fēng)速下的發(fā)電效率。


圖1為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速起動(dòng)方法的流程圖；圖2為全功率變流器在拖動(dòng)工作模式下能量流動(dòng)方向示意圖；圖3為全功率變流器在發(fā)電運(yùn)行模式下能量流動(dòng)方向示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本發(fā)明的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速起動(dòng)方法其設(shè)計(jì)思想在于利用永磁風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組所配置的全功率變流器，其功率可以雙向流動(dòng)，既可以當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)，把電能從電機(jī)輸送 到電網(wǎng)，也可以當(dāng)電動(dòng)系統(tǒng)，把電能從電網(wǎng)輸送到電機(jī)的特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)組在起動(dòng)時(shí)處于電 動(dòng)狀態(tài)，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上施加一個(gè)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而克服永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)所固有的起動(dòng)阻力矩， 使之能在低風(fēng)速下順利起動(dòng)運(yùn)行。該設(shè)計(jì)思想所基于的原理分析如下永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程為

權(quán)利要求
一種實(shí)現(xiàn)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速起動(dòng)的方法，其特征在于具體包括如下步驟(1)檢測現(xiàn)場風(fēng)況，是否達(dá)到起動(dòng)的切入風(fēng)速；如果達(dá)到，則執(zhí)行步驟(2)；(2)全功率變流器開始起動(dòng)，發(fā)電機(jī)合閘、并網(wǎng)，并進(jìn)入調(diào)制工作模式；(3)全功率變流器檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始靜止位置；(4)全功率變流器進(jìn)入拖動(dòng)工作模式，向發(fā)電機(jī)輸出功率，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)；(5)檢測發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若達(dá)到切入轉(zhuǎn)速，變流器退出拖動(dòng)工作模式，并執(zhí)行步驟(6)；(6)全功率變流器轉(zhuǎn)換為發(fā)電運(yùn)行模式，接收主控的功率指令，將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能傳送至電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速起動(dòng)的方法，通過該方法發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速條件下首先使全功率變流器處于拖動(dòng)工作模式，從電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的機(jī)械動(dòng)能，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)直至達(dá)到切入轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到切入轉(zhuǎn)速后，全功率變流器才轉(zhuǎn)換為發(fā)電運(yùn)行模式，將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能傳送至電網(wǎng)，完成發(fā)電機(jī)的起動(dòng)。這樣，發(fā)電機(jī)即使在低風(fēng)速條件下仍可克服固有的機(jī)組阻力矩，達(dá)到起動(dòng)條件。通過這樣的起動(dòng)方法可以有效地降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)環(huán)境風(fēng)速的要求，提高低風(fēng)速下的發(fā)電效率。
文檔編號(hào)F03D9/00GK101950977SQ20101027058
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者苑國鋒, 鄭艷文, 陳守川 申請(qǐng)人:北京清能華福風(fēng)電技術(shù)有限公司