專利名稱：基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
海上風(fēng)電具有資源豐富、發(fā)電利用小時(shí)高、不占用土地和適宜大規(guī)模開發(fā)的特點(diǎn)，是全球風(fēng)電發(fā)展的最新前沿。根據(jù)我國正在制定的“十二五”能源規(guī)劃和可再生能源規(guī)劃，2015年，我國將建成海上風(fēng)電500萬千瓦，形成海上風(fēng)電的成套技術(shù)并建立完整產(chǎn)業(yè)鏈，2015年后，我國海上風(fēng)電將進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，達(dá)到國際先進(jìn)技術(shù)水平。2020年我國海 上風(fēng)電將達(dá)到3000萬千瓦。因此，海上風(fēng)電是未來風(fēng)電領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。海上風(fēng)力發(fā)電采用大功率風(fēng)電機(jī)組更為有利。但是現(xiàn)在使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在如下問題首先，在發(fā)電機(jī)功率變大后，重量會(huì)很大；其次，發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)之間要采用齒輪箱變速，齒輪箱容易出現(xiàn)故障，可靠性低，經(jīng)常需要維修；另外，現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組要通過升壓變壓器才能同IOkV電網(wǎng)連接，在海上還需要建設(shè)專門的變壓器平臺(tái)，增加了風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備和安裝難度。特別是，海上風(fēng)電場(chǎng)使用的大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于潮濕環(huán)境、鹽霧、微生物腐蝕等對(duì)發(fā)電設(shè)備的侵蝕，給海上風(fēng)電場(chǎng)碩大超重的發(fā)電機(jī)組維修保養(yǎng)，帶來了極大的困難和巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。由此可見，上述現(xiàn)有的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種可省去齒輪箱，降低故障率、整機(jī)的重量和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本的新的基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，實(shí)屬當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，使其可省去齒輪箱，降低故障率、整機(jī)的重量和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本，從而克服現(xiàn)有的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的不足。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)力機(jī)、主軸、低速高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)變流器和總控制器，其中主軸連接風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器之間連接有直流電容；總控制器與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)變流器通訊連接。作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器采用四電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所述的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器均包括三個(gè)并聯(lián)的橋臂；每個(gè)橋臂均由六個(gè)首尾相接串聯(lián)的IGBT模塊組成；每個(gè)IGBT模塊由一個(gè)IGBT與一個(gè)反向二極管并聯(lián)組成；每組橋臂中的最上端的IGBT的集電極與所述直流電容的正端連接；每組橋臂中最下端的IGBT的發(fā)射極與所述直流電容的負(fù)端連接；每組橋臂最上端IGBT的發(fā)射極與最下端IGBT的集電極之間連接有電容器；每組橋臂上端第二個(gè)IGBT的發(fā)射極與下端第二個(gè)IGBT的集電極之間連接有電容器。所述的電網(wǎng)側(cè)變流器的橋臂與電網(wǎng)之間還設(shè)置有濾波器。所述的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的橋臂與發(fā)電機(jī)之間還設(shè)置有du/dt濾波器。所述的發(fā)電機(jī)定子、電網(wǎng)側(cè)變流器與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的額定電壓均為10kV。采用這樣的設(shè)計(jì)后，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于I、可省去普通風(fēng)電機(jī)組所需的齒輪箱，簡化系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈，降低了故障率，提高了設(shè)備的可靠性；2、變流器采用四電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了變流器電壓等級(jí)，可以直接并接在IOkV電 網(wǎng)，電機(jī)側(cè)變流器可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，電網(wǎng)側(cè)變流器可滿足直流電壓穩(wěn)定、電流正弦性好、功率因數(shù)可調(diào)等并網(wǎng)要求，省去了風(fēng)電場(chǎng)的升壓變壓器和變壓器海上平臺(tái)，節(jié)省了風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本；3、發(fā)電機(jī)采用高溫超導(dǎo)電機(jī)，提高了風(fēng)機(jī)發(fā)電效率，可以大大降低風(fēng)電機(jī)組的重量和能量損耗，有利于運(yùn)輸及海上安裝，降低了風(fēng)電機(jī)組的海上平臺(tái)建設(shè)成本；4、本實(shí)用新型所有設(shè)備均考慮到防海水腐蝕、防鹽霧等要求，特別適于在海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

上述僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖I是本實(shí)用新型基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成示意圖。圖2是本實(shí)用新型基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的高壓大功率變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖I所示，本實(shí)用新型基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)力機(jī)I、主軸2、低速高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)3、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器5、電網(wǎng)側(cè)變流器7和總控制器10。其中，主軸2連接風(fēng)力機(jī)I和發(fā)電機(jī)3，發(fā)電機(jī)側(cè)變流器5和電網(wǎng)側(cè)變流器7之間連接有直流電容6，總控制器10與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器5、電網(wǎng)側(cè)變流器7通過通訊線路連接。風(fēng)力機(jī)I采用常規(guī)的三葉片結(jié)構(gòu)，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，葉片的尺寸可以依據(jù)風(fēng)電機(jī)組的功率大小進(jìn)行設(shè)計(jì)。發(fā)電機(jī)3采用的是高溫超導(dǎo)交流低速同步發(fā)電機(jī)，磁體安置在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上，用銅線繞制的主回路繞組放在靜止的定子上，定、轉(zhuǎn)子極數(shù)較多，具體的定、轉(zhuǎn)子級(jí)數(shù)需要根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸2將風(fēng)力機(jī)I捕獲的風(fēng)能傳遞到發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)子上，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸送到變流器，變流器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過交-直-交環(huán)節(jié)變換為滿足電網(wǎng)要求的電能。變流器連接在發(fā)電機(jī)3與電網(wǎng)9之間，采用四電平背靠背結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)3側(cè)稱為電機(jī)側(cè)變流器5，連接在電網(wǎng)9側(cè)的稱為電網(wǎng)側(cè)變流器7?？偪刂破?0可以獲得風(fēng)機(jī)狀態(tài)量，并負(fù)責(zé)向變流器下發(fā)控制指令，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制、槳矩角調(diào)節(jié)、并網(wǎng)及保護(hù)等。較佳的，請(qǐng)配合參閱圖2所示，本實(shí)用新型的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器5和電網(wǎng)側(cè)變流器7單元的結(jié)構(gòu)相同，均包括三個(gè)并聯(lián)的橋臂；每個(gè)橋臂均由六個(gè)首尾相接串聯(lián)的IGBT模塊組成；每個(gè)IGBT模塊由一個(gè)IGBT與一個(gè)反向二極管并聯(lián)組成；每組橋臂中的最上端的IGBT11、21、31的集電極與所述直流電容6的正端連接；每組橋臂中最下端的IGBT16、26、36的發(fā)射極與所述直流電容6的負(fù)端連接；每組橋臂最上端IGBT11、21、31的發(fā)射極與最下端IGBT16、26、36的集電極之間連接有電容器18、28、38 ;每組橋臂上端第二個(gè)IGBT12、22、32的發(fā)射極與下端第二個(gè)IGBT15、25、35的集電極之間連接有電容器17、27、37。此外，電機(jī)側(cè)變流器5還連接有du/dt濾波器4，du/dt濾波器4中的電抗器連接在發(fā)電機(jī)3與電機(jī)側(cè)變流器5的橋臂之間，電容器并聯(lián)在電抗器與發(fā)電機(jī)3之間。電網(wǎng)側(cè)變流器7還連接有LCL濾波器8，濾波器一端與電網(wǎng)9相連，一端與電網(wǎng)側(cè)變流器7的橋臂連接。本實(shí)用新型適用于IOkV區(qū)域電網(wǎng)，其發(fā)電機(jī)3的定子、電網(wǎng)側(cè)變流器5與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器7的額定電壓均設(shè)計(jì)為10kV。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于包括風(fēng)力機(jī)、主軸、低速高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)變流器和總控制器，其中 主軸連接風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)； 發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器之間連接有直流電容； 總控制器與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)變流器通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器采用四電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于 所述的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器均包括三個(gè)并聯(lián)的橋臂； 每個(gè)橋臂均由六個(gè)首尾相接串聯(lián)的IGBT模塊組成； 每個(gè)IGBT模塊由一個(gè)IGBT與一個(gè)反向二極管并聯(lián)組成； 每組橋臂中的最上端的IGBT的集電極與所述直流電容的正端連接； 每組橋臂中最下端的IGBT的發(fā)射極與所述直流電容的負(fù)端連接； 每組橋臂最上端IGBT的發(fā)射極與最下端IGBT的集電極之間連接有電容器； 每組橋臂上端第二個(gè)IGBT的發(fā)射極與下端第二個(gè)IGBT的集電極之間連接有電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的電網(wǎng)側(cè)變流器的橋臂與電網(wǎng)之間還設(shè)置有濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的橋臂與發(fā)電機(jī)之間還設(shè)置有du/dt濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的發(fā)電機(jī)定子、電網(wǎng)側(cè)變流器與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的額定電壓均為10kV。
專利摘要本實(shí)用新型是有關(guān)于一種基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)力機(jī)、主軸、低速高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)變流器和總控制器，其中主軸連接風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器之間連接有直流電容；總控制器與發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、電網(wǎng)側(cè)變流器通訊連接。本實(shí)用新型基于超導(dǎo)電機(jī)的高壓大功率直接驅(qū)動(dòng)型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可省去齒輪箱，降低故障率、整機(jī)的重量和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本，從而克服現(xiàn)有的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的不足。
文檔編號(hào)H02P9/04GK202513589SQ201220137938
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者張憲平, 王文亮, 秦明, 郭靖 申請(qǐng)人:國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司