專利名稱：一種實現永磁風力發電機組低風速起動的方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁風力發電機組的起動方法，特別是一種通過全功率變流器， 能使永磁發電機起動時處于電動狀態，有效克服永磁風力發電機所固有的起動阻力矩，使 之能在低風速下順利起動運行的方法，從而提高了風力發電機組對風能的利用效率。屬于 風力發電技術領域。
背景技術：
全世界范圍內，常規能源多屬不可再生能源，同時常規能源在使用以及轉化為二 次能源過程中會引發嚴重的環境污染，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展新型的可再生能源，以滿足日益增長的能源需求，同時改善日 益惡化的生態環境，實現社會可持續發展。可再生能源主要包括水能、太陽能、風能、地熱 能、潮汐能以及生物質能，其中風能的成本具有比較優勢，且最具備大規模商業化運營的條 件，被認為是最適于大規模開發利用的形式之一。風力發電是風能的主要開發利用方式，并 網運行從20世紀80年代興起之后，就受到世界各國的高度重視，因而迅速實現了商業化、 產業化，特別是隨著計算機與控制技術的飛速發展，風力發電機組的發展極為迅速，其單機 容量從最初的數十千瓦級發展到現在的數兆瓦級機組。由于風輪的轉速相對于發電機的同步轉速要低很多，傳統的風力發電系統中需要 多級的變速齒輪箱，將風機的轉速進行提升。但隨著風力發電機單機容量的不斷增大，風輪 尺寸的增加，齒輪箱的存在將大大增加系統的成本、體積和質量，還會帶來機組噪聲增大、 效率降低、壽命減小以及傳動精度降低等不利因素，同時給系統的維護帶來很大的困難。直 驅永磁風力發電系統是將發電機和風輪軸直接連接，取消中間的增速齒輪箱，并采用多極 低速永磁同步電機作為發電機，其轉子用永久磁鐵取代電勵磁磁場。通過大功率電力電子 變流器，將發電機輸出的變頻變幅的電能轉換為符合電網要求的能量，輸送到電網上。這樣 的設計提高了風力機組的系統可靠性和風能的利用效率，適合機組容量的大型化和海上風 力發電系統。由于風輪直接和電機連接，機組的起動阻力矩是永磁風力發電機的一個重要指 標，它直接關系到機組的起動和低速運行性能。阻力矩是在發電機定子不通電的情況下，由 轉子中的永磁體和定子開槽互相影響而產生的，電機中定子和轉子磁場相互耦合，氣隙中 磁貯能的突然改變而產生的定位力矩。考慮到低速永磁式同步發電機組的特點，由于取消 了升速齒輪箱，風輪和電機轉子直接連在一起，只有當施加在風輪上的拖動轉矩大于永磁 電機的阻力矩后，風輪才能開始自由旋轉。起動阻力矩小，發電機在低速風時便能起動發 電，切入風速低，提高風能利用程度。反之，如果起動阻力矩較大，機組需要的切入風速較 高，就會降低了機組的風能利用率。我國主要以二三類風電場為主，占全國風資源比重高達 70%。因此降低風電機組的切入轉速，提高低風速下的發電效率，具有非常重要的意義。目前，減小永磁風力發電機起動阻力矩的措施，主要是通過電機設計解決。這包括 電機定子斜槽、轉子斜極以及采用定子分數槽繞組等辦法。從實際應用情況來看，這些方法
3的效果不是太明顯，而且增加了電機設計的難度、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力發電機組的低風速起動問題。
發明內容
本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題，提供一種通過全功率變流器，使 永磁發電機在起動時處于電動狀態，在電機轉軸上施加一個拖動轉矩，從而克服永磁風力 發電機所固有的起動阻力矩，使之能在低風速下順利起動運行的方法。本發明的發明目的是通過下述技術方案予以實現的一種實現永磁風力發電機組低風速起動的方法，其特征在于具體包括如下步 驟(1)檢測現場風況，是否達到起動的切入風速；如果達到，則執行步驟(2)；(2)全功率變流器開始起動，發電機合閘、并網，并進入調制工作模式；(3)全功率變流器檢測發電機轉子的初始靜止位置；(4)全功率變流器進入拖動工作模式，向發電機輸出功率，拖動發電機開始運轉；(5)檢測發電機的轉速，若達到切入轉速，變流器退出拖動工作模式，并執行步驟 (6)；(6)全功率變流器轉換為發電運行模式，接收主控的功率指令，將發電機所產生的 電能傳送至電網。本發明的有益效果是通過對全功率變流器在兩向能量流間的切換，該起動方法 可以有效地降低風力發電機起動時對環境風速的要求，提高低風速下的發電效率。
圖1為風力發電機組低風速起動方法的流程圖；圖2為全功率變流器在拖動工作模式下能量流動方向示意圖；圖3為全功率變流器在發電運行模式下能量流動方向示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。本發明的永磁風力發電機組低風速起動方法其設計思想在于利用永磁風力發電 機組所配置的全功率變流器，其功率可以雙向流動，既可以當發電系統，把電能從電機輸送 到電網，也可以當電動系統，把電能從電網輸送到電機的特點，使發電機組在起動時處于電 動狀態，在電機轉軸上施加一個拖動轉矩，從而克服永磁風力發電機所固有的起動阻力矩， 使之能在低風速下順利起動運行。該設計思想所基于的原理分析如下永磁風力發電機的機械方程為
權利要求
一種實現永磁風力發電機組低風速起動的方法，其特征在于具體包括如下步驟(1)檢測現場風況，是否達到起動的切入風速；如果達到，則執行步驟(2)；(2)全功率變流器開始起動，發電機合閘、并網，并進入調制工作模式；(3)全功率變流器檢測發電機轉子的初始靜止位置；(4)全功率變流器進入拖動工作模式，向發電機輸出功率，拖動發電機開始運轉；(5)檢測發電機的轉速，若達到切入轉速，變流器退出拖動工作模式，并執行步驟(6)；(6)全功率變流器轉換為發電運行模式，接收主控的功率指令，將發電機所產生的電能傳送至電網。
全文摘要
本發明提供了一種實現永磁風力發電機組低風速起動的方法，通過該方法發電機組在低風速條件下首先使全功率變流器處于拖動工作模式，從電網吸收電能，轉換為發電機的機械動能，拖動發電機運轉直至達到切入轉速。當發電機達到切入轉速后，全功率變流器才轉換為發電運行模式，將發電機所產生的電能傳送至電網，完成發電機的起動。這樣，發電機即使在低風速條件下仍可克服固有的機組阻力矩，達到起動條件。通過這樣的起動方法可以有效地降低風力發電機起動時對環境風速的要求，提高低風速下的發電效率。
文檔編號F03D9/00GK101950977SQ20101027058
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月1日 優先權日2010年9月1日
發明者苑國鋒, 鄭艷文, 陳守川 申請人:北京清能華福風電技術有限公司