基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機、與所述風(fēng)力機動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機傳動連接的同步發(fā)電機以及電氣連接的蓄電池，所述同步發(fā)電機的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接，所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子為雙層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI1與內(nèi)轉(zhuǎn)子連接，蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI2與定子連接，能夠有效增強風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低棄風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生的可能性，而且能夠保證電網(wǎng)的能量均衡，而且穩(wěn)定性好。
【專利說明】
基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種基于復(fù)合機構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，化石燃料日益枯竭，其燃燒所帶來的環(huán)境問題也給人類帶來了很多麻煩。新 能源以其可持續(xù)性和清潔性引發(fā)人們越來越多的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電作為新能源開發(fā)利用的一 個重要方面得到了極大發(fā)展?，F(xiàn)有主流的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有雙饋型和直驅(qū)型兩種類型， 但是永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)體積龐大，需要全容量的電力電子裝置;雙饋型風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)能夠解決上述問題，實現(xiàn)變速恒頻運行，但是由于工作在高速，離不開多級機械增速裝 置。大功率電力電子裝置和多級齒輪箱是現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)比較薄弱的環(huán)節(jié)，一定程度上 制約了風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0003] 因此，本發(fā)明提出一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，能夠有效增強風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低棄風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生的可能性，而且能夠保證電網(wǎng)的能量均衡，而且穩(wěn) 定性好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，能 夠有效增強風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低棄風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生的可能性，而且能夠保證電網(wǎng)的能 量均衡，而且穩(wěn)定性好。
[0005] 本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機、與所述 風(fēng)力機動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機傳動連接的同步發(fā)電機 以及電氣連接的蓄電池，所述同步發(fā)電機的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率 轉(zhuǎn)換器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接；
[0006] 所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子 為雙層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)，所述內(nèi) 轉(zhuǎn)子位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI1與內(nèi)轉(zhuǎn)子連接，蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換 器VSI2與定子連接。
[0007] 進(jìn)一步，還包括變速器，所述變速器的動力輸入端與風(fēng)力機的動力輸出端傳動連 接，變速器的動力輸出端與感應(yīng)電機的動力輸入端連接。
[0008] 進(jìn)一步，還包括測試單元，所述測試單元包括用于檢測復(fù)合感應(yīng)電機狀態(tài)的檢測 模塊、與所述處理模塊連接的處理模塊以及與所述處理模塊連接的上位機。
[0009] 進(jìn)一步，所述檢測模塊包括用于檢測感應(yīng)電機輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測器，所述轉(zhuǎn)矩 檢測器均與處理模塊連接。
[0010]進(jìn)一步，所述處理模塊包括dspace控制模塊以及功率轉(zhuǎn)矩測量儀，所述功率轉(zhuǎn)矩 測量儀與轉(zhuǎn)矩檢測器連接，功率轉(zhuǎn)矩測量儀與dspace控制模塊連接，所述dspace控制模塊 與上位機連接。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，包括測 功機、與所述測功機的動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機傳動連 接的同步發(fā)電機以及電氣連接的蓄電池，所述同步發(fā)電機的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述 蓄電池通過功率轉(zhuǎn)器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接；
[0012] 所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子 為雙層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)，所述內(nèi) 轉(zhuǎn)子位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI1與內(nèi)轉(zhuǎn)子連接，蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換 器VSI2與定子連接；
[0013] 還包括測試單元，所述測試單元包括用于檢測復(fù)合感應(yīng)電機狀態(tài)的檢測模塊、與 所述處理模塊連接的處理模塊以及與所述處理模塊連接的上位機。
[0014] 進(jìn)一步，所述檢測模塊包括用于檢測感應(yīng)電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)變壓器和用于檢測 感應(yīng)電機輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測器，所述旋轉(zhuǎn)變壓器和轉(zhuǎn)矩檢測器均與處理模塊連接。
[0015] 進(jìn)一步，所述處理模塊包括處理器、dspace控制模塊以及功率轉(zhuǎn)矩測量儀，所述處 理器的輸入端與旋轉(zhuǎn)變壓器連接，所述處理器與dspace控制模塊連接，所述功率轉(zhuǎn)矩測量 儀與轉(zhuǎn)矩檢測器連接，功率轉(zhuǎn)矩測量儀與dspace控制模塊連接，所述dspace控制模塊與上 位機連接。
[0016] 進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)變壓器為兩個，分別設(shè)置于感應(yīng)電機的動力輸入端和動力輸出 端。
[0017] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，能夠 有效增強風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的適應(yīng)性，能夠有效降低風(fēng)俗變化對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，從而降 低棄風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生的可能性，而且能夠保證電網(wǎng)的能量均衡，而且穩(wěn)定性好；
[0018] 本發(fā)明的基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的參 數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在實際工作中的控制策略的制定作出準(zhǔn)確指導(dǎo)，從而保 證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0020] 圖1為本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022 ]圖3為本發(fā)明單電機電動模式下電池電量不足時對應(yīng)功率流示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明單電機電動模式下電池電量充足時對應(yīng)功率流示意圖。
[0024] 圖5為本發(fā)明雙電機發(fā)電模式下電池電量不足時對應(yīng)功率流示意圖。
[0025] 圖6為正常風(fēng)速時電機電動發(fā)電并存模式下對應(yīng)功率流示意圖。
[0026] 圖7為單電機發(fā)電模式下電池電量飽和時對應(yīng)功率流示意圖。
[0027] 圖8為雙電機發(fā)電模式下電池電量飽和時對應(yīng)功率流示意圖。
[0028] 圖9為脫網(wǎng)運行模式下電池電量未飽和時弱風(fēng)對應(yīng)功率流示意圖。
[0029] 圖10為脫網(wǎng)運行模式下電池電量未飽和時弱風(fēng)對應(yīng)功率流示意圖。
[0030] 圖11為本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 圖1為本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力機9、與 所述風(fēng)力機9動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機傳動連接的同 步發(fā)電機11以及蓄電池，所述同步發(fā)電機11的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功 率轉(zhuǎn)器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接；
[0032] 所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子2、外轉(zhuǎn)子3和內(nèi)轉(zhuǎn)子8,所述外轉(zhuǎn) 子3為雙層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子3的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)4,所 述內(nèi)轉(zhuǎn)子8位于隔磁環(huán)4內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI1與內(nèi)轉(zhuǎn)子連接，蓄電池通過功 率轉(zhuǎn)換器器VSI2與定子連接，其中，外轉(zhuǎn)子由于是兩層鼠籠結(jié)構(gòu)，位于隔磁環(huán)外部的鼠籠為 外鼠籠，位于隔磁環(huán)內(nèi)部的鼠籠為內(nèi)鼠籠，外鼠籠和外轉(zhuǎn)子與定子組成外電機，內(nèi)鼠籠和內(nèi) 轉(zhuǎn)子與定子組成內(nèi)電機，從而形成雙電機式的復(fù)合結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電機的定子固定設(shè)置于機殼1 上，轉(zhuǎn)子及隔磁環(huán)設(shè)置于感應(yīng)電機的傳動軸6上，為了使隔磁環(huán)隔磁效果良好，隔磁環(huán)采用 筒狀結(jié)構(gòu)，且隔磁環(huán)的右端底部向外（即圖1和圖2中的右側(cè)）凸起形成凹槽結(jié)構(gòu)5,利于設(shè)置 軸承使得隔磁環(huán)穩(wěn)固的設(shè)置在傳動軸6上，通過上述結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電機能夠起到無級變速作 用，能夠有效避免風(fēng)速對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，從而避免棄風(fēng)現(xiàn)象的影響，而且當(dāng)風(fēng)力充足 的情況下，也就是說當(dāng)前風(fēng)力超過發(fā)電系統(tǒng)所承受的最高限度時，外電機可以用作發(fā)電機 運行，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲到蓄電池中，當(dāng)風(fēng)力過小時，電池放電，一方面控制內(nèi)電機運 行作為電動機帶動同步發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電，另一方面還通過功率轉(zhuǎn)換器VSI3向電網(wǎng)補充電 能，從而使得電網(wǎng)的能量均衡，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行，當(dāng)然，當(dāng)蓄電池電量不足的時候，同樣可 以通過電網(wǎng)的作用向蓄電池補充電能；由于內(nèi)電機和外電機在工作過程中會產(chǎn)生磁場，從 而相互干擾而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，通過隔磁環(huán)的作用，能夠有效地消除復(fù)合 電機的自身干擾，從而確保穩(wěn)定運行，穩(wěn)定性高，當(dāng)然，同步發(fā)電機輸出電能并入電網(wǎng)時還 需通過斷路器以及調(diào)壓器，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不加以贅述。
[0033]本實施例中，還包括變速器10,所述變速器10的動力輸入端與風(fēng)力機9的動力輸出 端傳動連接，變速器10的動力輸出端與感應(yīng)電機的動力輸入端連接，通過變速器的作用，在 風(fēng)速極高或者風(fēng)速極低時，通過變速器的作用，可以斷開風(fēng)力機與感應(yīng)電機的之間的連接， 而在風(fēng)速較低或者較高時，變速箱起到一級調(diào)節(jié)作用，并且變速箱與感應(yīng)電機的結(jié)合，能夠 大大提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力適應(yīng)性，確保整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。
[0034] 本實施例中，還包括測試單元，所述測試單元包括用于檢測復(fù)合感應(yīng)電機狀態(tài)的 檢測模塊、與所述處理模塊連接的處理模塊以及與所述處理模塊連接的上位機。
[0035] 其中，所述檢測模塊包括用于檢測感應(yīng)電機輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測器12,轉(zhuǎn)矩檢測 器12與處理模塊連接。
[0036]所述處理模塊包括dspace控制模塊以及功率轉(zhuǎn)矩測量儀，所述功率轉(zhuǎn)矩測量儀與 轉(zhuǎn)矩檢測器連接，功率轉(zhuǎn)矩測量儀與dspace控制模塊連接，所述dspace控制模塊與上位機 連接，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同功率級別風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的復(fù)合結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機測 試，實時采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步改善控制策略提供實時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，其中，dspace 控制模塊和功率轉(zhuǎn)矩測量儀均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不加以贅述。
[0037] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，包括測 功機14、與所述測功機14的動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機 傳動連接的同步發(fā)電機11以及蓄電池，所述同步發(fā)電機11的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述 蓄電池通過功率轉(zhuǎn)器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接；
[0038] 所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子2、外轉(zhuǎn)子3和內(nèi)轉(zhuǎn)子8,所述外轉(zhuǎn) 子3為雙層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子3的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)4,所 述內(nèi)轉(zhuǎn)子8位于隔磁環(huán)4內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSI1與內(nèi)轉(zhuǎn)子8連接，蓄電池通過功 率轉(zhuǎn)換器VSI2與定子連接；
[0039] 還包括測試單元，所述測試單元包括用于檢測復(fù)合感應(yīng)電機狀態(tài)的檢測模塊、與 所述處理模塊連接的處理模塊以及與所述處理模塊連接的上位機，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在實際工作中的控制策略的制定作出 準(zhǔn)確指導(dǎo)，從而保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0040] 本實施例中，所述檢測模塊包括用于檢測感應(yīng)電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)變壓器13和用 于檢測感應(yīng)電機輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測器12,所述旋轉(zhuǎn)變壓器13和轉(zhuǎn)矩檢測器12均與處理模 塊連接。
[00411其中，所述處理模塊包括處理器、dspace控制模塊以及功率轉(zhuǎn)矩測量儀，所述處理 器的輸入端與旋轉(zhuǎn)變壓器13連接，所述處理器與dspace控制模塊連接，所述功率轉(zhuǎn)矩測量 儀與轉(zhuǎn)矩檢測器12連接，功率轉(zhuǎn)矩測量儀與dspace控制模塊連接，所述dspace控制模塊與 上位機連接；
[0042]所述旋轉(zhuǎn)變壓器為兩個，分別設(shè)置于感應(yīng)電機的動力輸入端和動力輸出端;其中， 所述處理器為ARM單片機，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實驗室的數(shù)據(jù)測量，能 夠測量參數(shù)準(zhǔn)確分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，為實際工作進(jìn)行準(zhǔn)確指導(dǎo)。
[0043] 以下對本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不同工作模式進(jìn)行進(jìn)一步說明：系統(tǒng)工作情況如 表1所不的表格為例：
[0044] 表 1
[0045]
[0047] 如圖1至圖10所示：由于感應(yīng)電機為復(fù)合結(jié)構(gòu)，因此，外轉(zhuǎn)子和定子之間構(gòu)成外電 機，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子之間構(gòu)成內(nèi)電機，其中，圖3-圖10中的參數(shù)分別為:EM1為內(nèi)電機，EM2為外 電機，Pin為變速器傳輸?shù)綇?fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機傳動軸上的功率，P EM1為直流母線輸入到內(nèi)電機 的功率，PEM2為直流母線輸入到外電機的功率，PEM3代表直流母線與電網(wǎng)端的能量流動，P d* 內(nèi)轉(zhuǎn)子直接耦合到外轉(zhuǎn)子側(cè)的功率，代表電池與直流母線端的能量流動，為復(fù)合結(jié)構(gòu) 感應(yīng)電機輸出至同步發(fā)電機端的功率，箭頭表示能量流動方向；
[0048] 第一種狀況:單電機電動模式，系統(tǒng)首次運行或者啟動時，在風(fēng)力機速度上升的過 程中，復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機可輔助風(fēng)力機啟動，此時外電機鎖止，內(nèi)電機工作在電動狀態(tài)。若 電池電量不足，電網(wǎng)可通過逆變器VSI3向電池充電，同時通過逆變器VSI1向內(nèi)轉(zhuǎn)子釋放電 能，此時內(nèi)部功率流如圖3所示。當(dāng)電池電量充足時，可同樣通過逆變器VSI1向內(nèi)轉(zhuǎn)子釋放 電能，此時內(nèi)部功率流如圖4所示。風(fēng)力機可盡快達(dá)到目標(biāo)速度運轉(zhuǎn)，此后啟動同步發(fā)電機， 整個過程中縮短了啟動時間；
[0049] 雙電機工作模式，當(dāng)風(fēng)力偏弱但仍具有利用價值時，為保證電網(wǎng)端供電，復(fù)合結(jié)構(gòu) 感應(yīng)電機中內(nèi)外電機將工作在電動狀態(tài)，為同步發(fā)電機補充轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電池電量充足時，電池 會首先通過逆變器VSI1、VSI2向復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機中的內(nèi)外電機供電，使其工作在電動狀 態(tài)。若電池電量不足，電網(wǎng)端將通過VSI3-方面為電池充電，另一方面為內(nèi)外電機提供能 量。此時其功率流動情況如圖5所示;通過各模塊采集到的數(shù)據(jù)，計算機軟件可顯示出系統(tǒng) 的能量流動情況，并計算出復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的效率。根據(jù)電池組能量的變化情況，復(fù)合結(jié) 構(gòu)感應(yīng)電機能量傳遞效率可計算為：
[0050] 若電池放電
[0051] 若電池充電
[0052] 感應(yīng)電機電動發(fā)電并存模式，風(fēng)力強但未超出機組容量時，復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機中 內(nèi)外電機正常運行，內(nèi)電機在發(fā)電狀態(tài)運行，外電機在電動狀態(tài)下運行。復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機 可看作一個可變齒輪箱，正常風(fēng)速下一部分能量通過內(nèi)轉(zhuǎn)子形成的磁場耦合進(jìn)外轉(zhuǎn)子中， 另外一部分通過直流母線和逆變器VSI1、VSI2進(jìn)入外轉(zhuǎn)子，功率流動如圖6所示。此時系統(tǒng) 效率為，
[0053]
[0054] 1ILT吳:tv 中電池起到一個平衡功率傳輸?shù)淖饔谩Ｈ麸L(fēng)速偏強時，直流母 線上的電能將分為兩部分，一部分通過VSI2進(jìn)入外轉(zhuǎn)子，一部分為電池充電，若此模式時間 較長電池電量充滿時，多余的電能將通過VS13向電網(wǎng)端流動，此時功率流動如圖7所示。此 時，根據(jù)能量流動方向的不同，其效率可計算為：
[0055]
[0056]
[0057] 雙電機發(fā)電模式：當(dāng)風(fēng)力超過發(fā)電機組容量時，復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機中內(nèi)外電機均 可作為發(fā)電機運行，多余電能首先通過VSI1，VSI2輸送至蓄電池，當(dāng)電池飽和時，VSI3接通 電網(wǎng)，多余電能將傳輸至電網(wǎng)端。電池電量飽和時系統(tǒng)能量流動如圖8所示，根據(jù)不同的功 率流，系統(tǒng)效率可計算為：
[0058] 若電池電量未飽和：
Πη
[0059] 若電網(wǎng)端吸收電能
[0060] 第二種情況:非正常工作狀況，若電網(wǎng)發(fā)生故障，系統(tǒng)前期依然可以發(fā)電運轉(zhuǎn)，系 統(tǒng)產(chǎn)生的電能被保存在電池中。根據(jù)風(fēng)速強度的不同，能量流動又可分為兩種情況。當(dāng)風(fēng)力 較弱時，此時復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機中外轉(zhuǎn)子保持靜止，內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子可等效為一個發(fā)電機， 此時其功率流向如圖9所示，當(dāng)風(fēng)力較強超過內(nèi)電機作為發(fā)電機所能承受的容量時，內(nèi)外電 機可看作兩臺發(fā)電機運行。此時其功率流向如圖10所示，兩種情況下雖然其功率流向不同， 但都可通過下式來計算其功率，
[0061]
[0062] 若此時電池電量達(dá)到飽和，系統(tǒng)將停止運行。
[0063] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括風(fēng)力機、與所述風(fēng)力 機動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機傳動連接的同步發(fā)電機以及 電氣連接的蓄電池，所述同步發(fā)電機的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換 器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接； 所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子為雙 層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子 位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSIl與內(nèi)轉(zhuǎn)子連接，蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器 VSI2與定子連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:還包括變 速器，所述變速器的動力輸入端與風(fēng)力機的動力輸出端傳動連接，變速器的動力輸出端與 感應(yīng)電機的動力輸入端連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:還包 括測試單元，所述測試單元包括用于檢測復(fù)合感應(yīng)電機狀態(tài)的檢測模塊、與所述處理模塊 連接的處理模塊以及與所述處理模塊連接的上位機。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測 模塊包括用于檢測感應(yīng)電機輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩檢測器，所述轉(zhuǎn)矩檢測器均與處理模塊連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述處理 模塊包括dspace控制模塊以及功率轉(zhuǎn)矩測量儀，所述功率轉(zhuǎn)矩測量儀與轉(zhuǎn)矩檢測器連接， 功率轉(zhuǎn)矩測量儀與dspace控制模塊連接，所述dspace控制模塊與上位機連接。6. -種基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，其特征在于:包括測功機、與所述 測功機的動力輸出端傳動連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機、與所述感應(yīng)電機傳動連接的同步發(fā)電 機以及電氣連接的蓄電池，所述同步發(fā)電機的電力輸出端與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功 率轉(zhuǎn)換器VSI3與電網(wǎng)連接，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器與感應(yīng)電機連接； 所述感應(yīng)電機包括由外至內(nèi)依次同軸設(shè)置的定子、外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，所述外轉(zhuǎn)子為雙 層鼠籠式結(jié)構(gòu)，所述外轉(zhuǎn)子的雙層鼠籠之間設(shè)置有磁屏蔽材料制成的隔磁環(huán)，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子 位于外轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器VSIl與內(nèi)轉(zhuǎn)子連接，蓄電池通過功率轉(zhuǎn)換器 VSI2與定子連接； 還包括測試單元，所述測試單元包括用于檢測復(fù)合感應(yīng)電機狀態(tài)的檢測模塊、與所述 處理模塊連接的處理模塊以及與所述處理模塊連接的上位機。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，其特征在于:所述 檢測模塊包括用于檢測感應(yīng)電機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)變壓器和用于檢測感應(yīng)電機輸出轉(zhuǎn)矩的 轉(zhuǎn)矩檢測器，所述旋轉(zhuǎn)變壓器和轉(zhuǎn)矩檢測器均與處理模塊連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，其特征在于:所述 處理模塊包括處理器、dspace控制模塊以及功率轉(zhuǎn)矩測量儀，所述處理器的輸入端與旋轉(zhuǎn) 變壓器連接，所述處理器與dspace控制模塊連接，所述功率轉(zhuǎn)矩測量儀與轉(zhuǎn)矩檢測器連接， 功率轉(zhuǎn)矩測量儀與dspace控制模塊連接，所述dspace控制模塊與上位機連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基于復(fù)合結(jié)構(gòu)感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電測試系統(tǒng)，其特征在于:所述 旋轉(zhuǎn)變壓器為兩個，分別設(shè)置于感應(yīng)電機的動力輸入端和動力輸出端。
【文檔編號】H02J3/38GK105896592SQ201610147725
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】徐奇?zhèn)? 趙蒙, 沈啟平, 羅凌雁, 蔣小彪, 羅驍梟
【申請人】重慶大學(xué)