專利名稱：一種多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分布式發(fā)電的整流方法，尤其是適用于風(fēng)力發(fā)電的多發(fā)電機(jī) 機(jī)組多脈整流方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是一類工作在低速范圍的新能源發(fā)電方式，采用低速同步電機(jī)或永磁電 機(jī)加上整流逆變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即直驅(qū)系統(tǒng)，可以取得效率高、對(duì)電力系統(tǒng)供電控制容易等一 系列優(yōu)點(diǎn)。然而直驅(qū)系統(tǒng)需要龐大的低速同步電機(jī)，而且由于工作頻率低、整流輸出的脈動(dòng) 大，需要體積很大的濾波元件，這些都造成了直驅(qū)系統(tǒng)體積、重量、成本都成問(wèn)題。半直驅(qū)系 統(tǒng)是通過(guò)單級(jí)齒輪來(lái)加速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，從而縮小系統(tǒng)體積。在半直驅(qū)系統(tǒng)中采用多個(gè) 電機(jī)是一種較好的做法，增加電機(jī)后，不僅可以縮小每臺(tái)電機(jī)的體積、降低整流及逆變電路 的其中功率半導(dǎo)體器件的耐壓、容量要求，而且有可能通過(guò)提高整流脈波數(shù)來(lái)降低濾波要 求，從而進(jìn)一步縮小系統(tǒng)的體積、重量與成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于風(fēng)力發(fā)電的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，以提 高多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流性能。本發(fā)明提供的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征在于包括多個(gè)結(jié)構(gòu)與容量相 同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束同步運(yùn)行的L臺(tái)發(fā)電機(jī)，L > 2，將L臺(tái)發(fā)電機(jī)平均分成M組，M > 1，每 組發(fā)電機(jī)組包括N臺(tái)發(fā)電機(jī)，N彡2。設(shè)每一臺(tái)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的總繞組數(shù)為F，將該F個(gè)繞組平均分成J組，J ^ 1，每組均 有K相繞組，K ^ 2，每組繞組為一個(gè)整流單元。每臺(tái)發(fā)電機(jī)內(nèi)的繞組符合以下電氣角度要 求同一個(gè)整流單元的繞組電氣角度平均分布，相互間隔電角度α = 360° /K;當(dāng)同一個(gè) 發(fā)電機(jī)中有多個(gè)整流單元時(shí)，相鄰整流單元所對(duì)應(yīng)的繞組之間的電角度β根據(jù)總繞組數(shù)F 的奇偶數(shù)確定(a)當(dāng)F為偶數(shù)時(shí)，β = 360° /(2XJXK) ;(b)當(dāng)F為奇數(shù)時(shí)，β = 360° / (JXK)。將每組發(fā)電機(jī)組中能夠生成相同相位電壓的繞組定義為發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)繞組。同 一個(gè)發(fā)電機(jī)組中相鄰發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)繞組的電角度依次相差δ = 360° /(2XJXKXN)。將各發(fā)電機(jī)組中的第一臺(tái)發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)繞組定義為發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)繞組。相鄰發(fā) 電機(jī)組對(duì)應(yīng)繞組的電角度依次相差^ = 360°/(2 χ J χ K χ M χ N)。將每臺(tái)發(fā)電機(jī)的J個(gè)整流單元的輸出端分別與P個(gè)整流器的輸入端相連，P = J，P 個(gè)整流器的直流輸出端順極性串聯(lián)，構(gòu)成一臺(tái)發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置；將每組發(fā)電機(jī)組中 N臺(tái)發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置的輸出端順極性串聯(lián)，形成一個(gè)發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置，將M 組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置的輸出端并聯(lián)或獨(dú)立輸出，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端。在發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)并網(wǎng)饋送電能的情況下，可以在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端接逆 變電路。逆變電路可以是單相逆變器或多相逆變器。
為了在不同的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下能夠得到穩(wěn)定的電壓幅值，可以在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整 流輸出端連接直流-直流電壓升壓電路或者電壓降壓電路。例如boost電路，buck電路或 者buck-boost電路等。在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并網(wǎng)的情況下，進(jìn)一步可在直流-直流電壓升壓電 路或者電壓降壓電路的輸出端接逆變電路。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，能夠在分布式發(fā)電系統(tǒng)的整流直流側(cè) 實(shí)現(xiàn)多脈波整流并獲得更高電壓等級(jí)，更加平穩(wěn)的直流電壓，降低電流等級(jí)和電路損耗，降 低濾波電容的容量。


圖1是四臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)組組成的多脈整流方法示意圖；
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本例有結(jié)構(gòu)與容量相同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束(如采用旋轉(zhuǎn)大齒輪與發(fā)電機(jī) 的齒輪嚙合)同步運(yùn)行的4臺(tái)發(fā)電機(jī)Gll，G12，G21，G22，將4臺(tái)發(fā)電機(jī)平均分成2組Ql， Q2，(即M = 2)，每組發(fā)電機(jī)組包括2臺(tái)發(fā)電機(jī)(即N= 2)。設(shè)每一臺(tái)發(fā)電機(jī)為六相發(fā)電機(jī)，以第一臺(tái)發(fā)電機(jī)Gll為例，如圖1所示。內(nèi)部的總 繞組數(shù)為F = 6，將6個(gè)繞組平均分成2組Sl和S2 (即J = 2)，每組繞組為一個(gè)整流單元， 每組均有3相繞組(即K = 3)。發(fā)電機(jī)內(nèi)的繞組符合以下電氣角度要求同一個(gè)整流單元的繞組相互間隔電角度 α = 360° /K =120°第一個(gè)整流單元Sl的繞組Τ11，Τ12，Τ13相互間隔電角度為120°， 第二個(gè)整流單元S2的繞組Τ21，Τ22，Τ23相互間隔電角度為120°。兩個(gè)整流單元之間的 對(duì)應(yīng)繞組Tll與Τ21之間的電角度β = 360° /(2XJXK) =30°電角度。將每組發(fā)電機(jī)組中能夠生成相同相位電壓的繞組定義為發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)繞組，在 圖1中，同一個(gè)發(fā)電機(jī)組Ql中發(fā)電機(jī)Gll中的繞組Tll與發(fā)電機(jī)G12中的繞組Tll為對(duì)應(yīng) 繞組。對(duì)應(yīng)繞組之間的電角度相差S = 360° /(2XJXKXN) =15°。將各發(fā)電機(jī)組中的第一臺(tái)發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)繞組定義為發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)繞組，發(fā)電機(jī) Gll的繞組Tll與發(fā)電機(jī)G21的繞組Tll是發(fā)電機(jī)組Ql與發(fā)電機(jī)組Q2的對(duì)應(yīng)繞組。相鄰 發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)繞組的電角度依次相差0 = 360"/(2 χ Jχ K χ M χ N)，所以發(fā)電機(jī)Gl 1的繞組Tll 與發(fā)電機(jī)G21的繞組Tll之間相差ρ=7.5°電角度。將每臺(tái)發(fā)電機(jī)的2個(gè)整流單元的輸出端分別與2個(gè)整流器Al，Α2的輸入端相連， 整流器可以是二極管整流橋，晶間管整流橋等等。2個(gè)整流器Α1，Α2的直流輸出端順極性串 聯(lián)，構(gòu)成一臺(tái)發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置，本例中四臺(tái)發(fā)電機(jī)共有四個(gè)多脈整流裝置Bll，Β12, Β21, Β22 ；將每組發(fā)電機(jī)組中2臺(tái)發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置的輸出端順極性串聯(lián)，形成發(fā)電機(jī) 組的兩個(gè)多脈整流裝置Cl，C2，此例中將2組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置Cl，C2的輸出端并 聯(lián)，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端?；蛘咭部梢詫?組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置Cl，C2獨(dú)立輸出，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組 的整流輸出端。在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的輸出端，不同相位的發(fā)電機(jī)輸出電壓相互疊加，電壓峰值脈波數(shù)增加，幅值變小，從而可獲得平穩(wěn)的直流整流輸出電壓。本例采用4臺(tái)發(fā)電機(jī)，按上述方法多脈整流，在直流輸出側(cè)可獲得48脈波的直流 電壓，使用270V線線電壓的發(fā)電機(jī)時(shí)，可以生成1460V的直流電壓。在圖1所示具體實(shí)例中，在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端依次連接有boost升壓電 路Fl和逆變電路El，這樣可以進(jìn)一步減小直流電壓波動(dòng)，使得幅值更加穩(wěn)定。本發(fā)明通過(guò)合理地設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)繞組之間、同組發(fā)電機(jī)之間、發(fā)電機(jī)組之間的電角 度，在多發(fā)電機(jī)機(jī)組整流后的直流側(cè)，可獲得平穩(wěn)的直流電壓。本發(fā)明適用于諸如風(fēng)力發(fā)電 機(jī)這種轉(zhuǎn)速變化范圍較大的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
一種多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征在于包括多個(gè)結(jié)構(gòu)與容量相同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束同步運(yùn)行的L臺(tái)發(fā)電機(jī)，L≥2，將L臺(tái)發(fā)電機(jī)平均分成M組，M≥1，每組發(fā)電機(jī)組包括N臺(tái)發(fā)電機(jī)，N≥2。設(shè)每一臺(tái)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的總繞組數(shù)為F，將該F個(gè)繞組平均分成J組，J≥1，每組均有K相繞組，K≥2，每組繞組為一個(gè)整流單元。每臺(tái)發(fā)電機(jī)內(nèi)的繞組符合以下電氣角度要求同一個(gè)整流單元的繞組電氣角度平均分布，相互間隔電角度α＝360°/K；當(dāng)同一個(gè)發(fā)電機(jī)中有多個(gè)整流單元時(shí)，相鄰整流單元所對(duì)應(yīng)的繞組之間的電角度β根據(jù)總繞組數(shù)F的奇偶數(shù)確定(a)當(dāng)F為偶數(shù)時(shí)，β＝360°/(2×J×K)；(b)當(dāng)F為奇數(shù)時(shí)，β＝360°/(J×K)。將每組發(fā)電機(jī)組中能夠生成相同相位電壓的繞組定義為發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)繞組。同一個(gè)發(fā)電機(jī)組中相鄰發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)繞組的電角度依次相差δ＝360°/(2×J×K×N)。將各發(fā)電機(jī)組中的第一臺(tái)發(fā)電機(jī)之間對(duì)應(yīng)繞組定義為發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)繞組。相鄰發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)繞組的電角度依次相差將每臺(tái)發(fā)電機(jī)的J個(gè)整流單元的輸出端分別與P個(gè)整流器(Aj，j＝1～J)的輸入端相連，P＝J，P個(gè)整流器的直流輸出端順極性串聯(lián)，構(gòu)成一臺(tái)發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置(Bmn，m＝1～M，n＝1～N)；將每組發(fā)電機(jī)組中N臺(tái)發(fā)電機(jī)的多脈整流裝置(Bm1，Bm2，..BmN)的輸出端順極性串聯(lián)，形成一個(gè)發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置(Cm，m＝1～M)，將M組發(fā)電機(jī)組的多脈整流裝置(Cm)的輸出端并聯(lián)或獨(dú)立輸出，作為多發(fā)電機(jī)機(jī)組的整流輸出端。FSA00000171617100011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征是在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的 整流輸出端接逆變電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征是在多發(fā)電機(jī)機(jī)組的 整流輸出端連接直流-直流電壓升壓電路或者電壓降壓電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，其特征是在直流_直流電壓 升壓電路或者電壓降壓電路的輸出端接逆變電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的多發(fā)電機(jī)機(jī)組多脈整流方法，將多臺(tái)結(jié)構(gòu)與容量相同、以機(jī)械結(jié)構(gòu)約束同步運(yùn)行的發(fā)電機(jī)平均分成M組，每組發(fā)電機(jī)組包括N臺(tái)發(fā)電機(jī)，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)繞組之間、同組發(fā)電機(jī)之間、發(fā)電機(jī)組之間的電角度，在多發(fā)電機(jī)機(jī)組整流后的直流側(cè)，不同相位的發(fā)電機(jī)輸出電壓相互疊加，電壓峰值脈波數(shù)增加，幅值變小，從而可獲得平穩(wěn)的直流輸出電壓，降低電流等級(jí)和電路損耗，降低濾波電容的容量。
文檔編號(hào)H02M7/12GK101882880SQ201010218400
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者呂征宇, 姚文熙, 潘式正, 王仕韜, 鄭家龍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)