专利名称：交流变压型励磁同步风力发电实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于风力发电技术领域，涉及一种风力发电实验装置，特别涉及一种 交流变压型励磁同步风力发电实验装置。
背景技术：
随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来 越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。通常风力发电的可利用风速为3 20m/s，按照与风轮机相连接的发电机转速是 否恒定，风力发电可分为恒转速运行与变速运行2种方式。按照发电机的结构不同，大致可 分为交流异步发电机、交流同步发电机和交流双馈发电机3种形式。交流异步发电机结构 相对简单，发出的工频交流电可直接使用或经过变频器输入电网，在多数情况下，异步风力 发电机以恒定转速运行，因为要从电网吸收能量以获取励磁电流，所以异步电机风力发电 系统一般不能脱离电网单独运行，除非用某种方式获得励磁。异步风力发电机并网时通过 晶闸管控制的软并网装置接入电网，在同步转速附近合闸并网，因此冲击电流较大，另外需 要增加电容无功补偿装置。早期的同步风力发电系统不论发电机的转矩、风轮机的阻转矩如何变化，要求发 电机的转速应恒定不变，否则发电机将与电网列解。为此，同步发电机并网系统应采用调速 机构，以维持发电机转子转速不变，并且需要进行同步与整步操作，这种风力发电机并网系 统称为恒速恒频系统。由于同步发电机并网系统需要采用调速机构，从而增加了系统的复 杂性，当风能大幅波动时，作用在转子上的转矩极不稳定，调速机构的调速性能很难达到同 步发电机所要求的调速精度。随着电力电子变流技术的进步，先进的同步风力发电系统常采用交-直-交的接 入方式，即先把同步发电机输出的交流电变成直流，然后再逆变成工频交流电接入用户或 电网，这种发电方式的优点是，发电机转速不必与电网频率要求的转速同步。双馈发电机的 结构和绕线式异步发电机类似，其馈电方式和双馈电机或异步电动机超同步串级调速系统 相似，即定子绕组接电网，转子绕组则由一套交流-交流或交流-直流-交流的变流器提供 频率、相位、幅值都可以调节的电源实现恒频输出，为了得到恒频电流输出，先由变流器提 供的低频励磁电流在转子中形成一个旋转励磁，这个励磁的旋转速度和转子的机械转速相 加等于定子磁场的同步转速，从而在定子绕组中感应出工频电压，当风速变化引起发电机 转子转速变化时，改变转子绕组中励磁电流的频率和旋转磁场的转速可以保持定子旋转磁 场的转速恒定，达到变速恒频发电的目的，还可以通过调节励磁电流的幅值和相位实现发 电机的有功、无功功率的独立调节，由于变流器只需要供给转差功率容量不需要很大，大大 减少了变流器的容量，变流器的成本及控制难度大大降低，它的缺点是交流励磁发电机需 要滑环和电刷。发明内容本实用新型的目的在于提供了交流变压型励磁同步风力发电实验装置，采用了电 力电子装置-变频器，来搭建励磁同步风力发电实验系统，具有结构简单、使用方便的特点。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是交流变压型励磁同步风力发电实验 装置，包括空气开关2，三相电源1接空气开关2的一端，空气开关2的另一端接到变频器3 的输入端RST，变频器3的输出端UVW接到交流异步电动机4的电气端子ABC，交流异步电 动机4的轴通过联轴器5与励磁同步发电机6的轴相联接，励磁同步发电机6的电气输出 端子UVW与变压器7的输入端子ABC相联接，变压器7的输出端子abc与整流单元8的输 入端子UVW相联接，整流单元8的输出端子与有源逆变单元9的输入端子相联接，有源逆变 单元9的输出端子UVW与三相电源10相联接。所述的励磁电源11给励磁同步发电机6提供励磁。所述的励磁同步发电机6是无刷励磁同步发电机或有刷励磁同步发电机。所述的整流单元8是二极管桥式整流电路或变频器的输入部分的整流电路。所述的有源逆变单元9是具有回馈功能的变频器、PWM整流电路或主动整流模块。励磁同步发电机6作为风力发电机和电力电子装置搭建全功率逆变电路的全功 率逆变型励磁同步风力发电实验系统，励磁同步发电机6发出的非工频交流电先进行升压 处理，然后再进行整流，然后把满足逆变要求的电压送到有源逆变单元9就完成了并网发 电，采用非工频升压方案，搭建风力发电实验系统有利于对风力发电系统主结构和系统效 率进行研究和评估，有利于研究测试风力发电机的工作特性，为开发、研制、测试变流器和 风力发电控制系统提供实验平台，具有结构简单、使用方便的特点。

附图为本实用新型结构示意图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步的详细说明。交流变压型励磁同步风力发电实验装置，包括空气开关2，三相电源1接空气开关 2的一端，空气开关2的另一端接到变频器3的输入端RST，变频器3的输出端UVW接到交 流异步电动机4的电气端子ABC，交流异步电动机4的轴通过联轴器5与励磁同步发电机6 的轴相联接，励磁同步发电机6的电气输出端子UVW与变压器7的输入端子ABC相联接，变 压器7的输出端子abc与整流单元8的输入端子UVW相联接，整流单元8的输出端子与有 源逆变单元9的输入端子相联接，有源逆变单元9的输出端子UVW与三相电源10相联接。所述的励磁电源11给励磁同步发电机6提供励磁。所述的励磁同步发电机6是 无刷励磁同步发电机或有刷励磁同步发电机。所述的整流单元8是二极管桥式整流电路或 变频器的输入部分的整流电路。所述的有源逆变单元9是具有回馈功能的变频器、PWM整 流电路或主动整流模块。变频器3、交流异步电动机4将电能转化为机械能，并且使得交流异步电动机4轴 上的输出机械特性(转矩和转速特性)与风力机轴上的机械特性相一致。励磁同步发电机6在转速随风速变化的交流异步电动机4的驱动下开始运行，提供一定的励磁电流就可以将机械能转化为电能输出，励磁同步发电机6输出电压的频率只 取决于同步发电机的转速，所以此时同步发电机发出的是非工频交流，并且电压幅值也取 决于励磁电流和转速的共同作用效果，因此在低速运转时，电压幅值满足不了并网逆变的 要求，必须经过升压和整流才能进行有源逆变实现并网。本实用新型就是将励磁同步发电 机6发出的非工频交流电先进行升压处理，然后再进行整流，然后把满足逆变要求的电压 送到有源逆变单元9就完成了并网发电。 在本实用新型中，能量首先以电能的形式传递给变频器3，变频器3再传递给交流 异步电动机4，交流异步电动机4将电能转化为机械能传递给励磁同步发电机6，励磁同步 发电机6将机械能再转化为非工频形式的电能，变频器3和电力电子电路将这种非工频形 式的电能处理后传递回电网。
权利要求1.交流变压型励磁同步风力发电实验装置，包括空气开关O)，其特征在于，三相电源 (1)接空气开关O)的一端，空气开关O)的另一端接到变频器(3)的输入端RST，变频器 (3)的输出端UVW接到交流异步电动机(4)的电气端子ABC，交流异步电动机(4)的轴通过 联轴器( 与励磁同步发电机(6)的轴相联接，励磁同步发电机(6)的电气输出端子UVW 与变压器(7)的输入端子ABC相联接，变压器(7)的输出端子abc与整流单元(8)的输入 端子UVW相联接，整流单元(8)的输出端子与有源逆变单元(9)的输入端子相联接，有源逆 变单元(9)的输出端子UVW与三相电源(10)相联接。
2.根据权利要求1所述的交流变压型励磁同步风力发电实验装置，其特征在于，所述 的励磁电源(11)给励磁同步发电机(6)提供励磁。
3.根据权利要求1或2所述的交流变压型励磁同步风力发电实验装置，其特征在于，所 述的励磁同步发电机(6)是无刷励磁同步发电机或有刷励磁同步发电机。
4.根据权利要求1所述的交流变压型励磁同步风力发电实验装置，其特征在于，所述 的整流单元(8)是二极管桥式整流电路或变频器的输入部分的整流电路。
5.根据权利要求1所述的交流变压型励磁同步风力发电实验装置，其特征在于，所述 的有源逆变单元(9)是具有回馈功能的变频器、PWM整流电路或主动整流模块。
6.根据权利要求1所述的交流变压型励磁同步风力发电实验装置，其特征在于，采用 非工频升压实现风力发电。
专利摘要交流变压型励磁同步风力发电实验装置，三相电源接空气开关的一端，空气开关的另一端接到变频器的输入端RST，变频器的输出端UVW接到交流异步电动机的电气端子ABC，交流异步电动机的轴通过联轴器与励磁同步发电机的轴相联接，励磁同步发电机的电气输出端子UVW与变压器的输入端子ABC相联接，变压器的输出端子abc与整流单元的输入端子UVW相联接，整流单元的输出端子与有源逆变单元的输入端子相联接，有源逆变单元的输出端子UVW与三相电源相联接，所述的励磁电源给励磁同步发电机提供励磁，非工频交流电先进行升压处理，然后再进行整流，然后把满足逆变要求的电压送到有源逆变单元就完成了并网发电，具有结构简单、使用方便的特点。
文档编号G01R31/34GK201903629SQ20102064987
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者孟彦京, 郭建强, 高飞 申请人:陕西科技大学