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一种混合励磁海上 风 力发电系统

阅读：173发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种混合励磁海上风力发电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种混合励磁海上风力发电系统，包括风机、混合励磁同步电机、三相并网逆变器、最大风能获取模块、风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块，所述最大风能获取模块建立风机、混合励磁同步电机以及三相并网逆变器的数学模型，然后采用交流-直流-交流的拓扑结构，以获取最大风能参数，然后结合风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块获得的数据，形成综合控制策略进行控制所述混合励磁同步电机输出的功率输送至电网；本发明通过控制混合励磁同步电机的励磁电流使混合励磁同步电机运行在最佳的转速，能够实现对风能的最大追踪，提高发电效率和稳定性。，下面是一种混合励磁海上风力发电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：包括风机、混合励磁同步电机、三相并网逆变器、最大风能获取模块、风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块；
所述风速测定模块用于采集海上风力生产数据，并采集过去一个时间段的风速测量值，然后进行对比，得到风速变化值，最后将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中；
所述风力测定模块用于采集海上单位时间内的风速级数，并采集过去一个时间段内测定的风速级数，然后进行对比，得到风力级数变化值，然后将风力级数变化值更新到发电系统的总控制策略中；
所述电网防线模块用于采集海上风力发电系统基础信息，具体为地形和气候信息，然后结合所述风速测定模块采集的海上风力生产数据，以及结合风力测定模块采集的海上单位时间内的风速级数，进行分析和评估，得出防线控制策略，并将防线控制策略实时更新到发电系统的总控制策略中；
所述智能监测模块包括海洋监测单元、电机监测单元和风机监测单元，所述海洋监测单元用于监测海洋中洋流、海浪实时变化，以及用于监测海洋生物的运动轨迹，并将洋流、海浪实时变化情况和海洋生物的运动轨迹传输至发电系统的总控制中心，发电系统的总控制中心根据洋流、海浪实时变化详情以及根据海洋生物的运动轨迹进行判断，判断其对海上风力发电系统基础建设的影响值，并将该影响值更新到发电系统的总控制策略中，作为管理人员调整总控制策略的参数，实现对海上风力发电的安全监管，所述电机监测单元用于监测并采集混合励磁同步电机内电流值，然后根据采集的电流值与预设阈值进行对比，将对比结果的电流值差值实时更新到发电系统的总控制策略中，所述风机监测单元用于监测并采集风叶的实时参数信息数据；
所述最大风能获取模块建立风机、混合励磁同步电机以及三相并网逆变器的数学模型，然后采用交流-直流-交流的拓扑结构，以获取最大风能参数，然后结合风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块获得的数据，形成综合控制策略进行控制所述混合励磁同步电机输出的功率输送至电网。
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：所述风速测定模块将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中时，必须保证将风速变化值更新到发电系统的系统规划、运营规划以及维护内容中。
3.根据权利要求2所述的一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：所述风速测定模块将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中时，还需要将风速变化值传递至发电系统中所有以风速为主要应用条件的模块系统中。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：所述最大风能获取模块建立风机、混合励磁同步电机以及三相并网逆变器的数学模型，然后采用交流-直流-交流的拓扑结构，以获取最大风能参数，其具体过程为：所述混合励磁发电机与风机同轴相连后在述风机的带动下产生三相交流电，混合励磁发电机的转速外环进行追踪转速，励磁电流内环进行调节混合励磁发电机的励磁电流，然后根据风机在每个风速下存在的最佳叶尖速比求出混合励磁发电机的最佳转速，混合励磁发电机的转速偏差通过控制器和取反得到的混合励磁发电机的励磁电流进行确定，当混合励磁发电机的转速过高时，电枢绕组经过三相二极管整流桥后得到直流母线电压则会较高，此时继续让三相并网逆变器发电，以减少励磁电流；反之，当混合励磁发电机的转速过低时，通过正价励磁电流让直流母线具备足够的电压来驱动发电系统继续并网发电，混合励磁发电机的转速偏差与励磁电流通过控制器的输出的励磁电压控制，调节励磁电压实现调节混合励磁发电机运行在最适宜转速，以获取最大风能追踪；然后结合风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块获得的数据，形成综合控制策略进行控制所述混合励磁同步电机输出的功率输送至电网。
5.根据权利要求1所述的一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：所述电网防线模块分析和评估得到的防线控制策略包括预防控制、紧急控制和纠正控制策略。
6.根据权利要求1所述的一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：所述风机监测单元监测并采集风叶的实时参数信息数据，具体包括：监测风叶是否运转在设定运转速度，并对监测数据进行采集、监测风叶在运转过程中的振动变化参数，并对监测数据进行采集。
7.根据权利要求1所述的一种混合励磁海上风力发电系统，其特征在于：所述电机监测单元还用于监测混合励磁同步电机内的工作温度变化值和工作环境湿度变化值，并实时分析工作温度变化值和工作环境湿度变化值对混合励磁同步电机正常工作产生的影响，并将分析结果更新到发电系统的总控制策略中。

说明书全文

一种混合励磁海上风 力发电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种混合励磁海上风力发电系统。

背景技术

[0002] 我国风能资源丰富，开发潜力超过25亿kV，风力发电受到国家产业政策的支持。据《“十二五”风力发电电器设备行业发展规划(草案)》，近年我国风电企业取得重大领域突破，风电设备制造业基本形成比较齐全的产业链。目前基本形成关键零部件的生产体系。其中发电机、叶片、齿轮箱的产业化发展进程较好，齿轮箱的产能扩展较为缓慢，控制系统和变流系统的发展相对滞后，尚不能完全满足国内风电产业发展的需求；

[0003] 近年来广受关注的混合励磁同步发电机，是集合电励磁同步发电机和永磁同步发电机的优点于一体的发电机，具有气隙磁场调节能力，成为新的研究热点，在风力发电系统的总控制策略中，最大风能跟踪是基本问题，且如何提高风力发电系统的稳定性和发电效率是十分重要的待解决问题，因此，本发明提出一种混合励磁海上风力发电系统，以解决现有技术中的不足之处。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明提出一种混合励磁海上风力发电系统，本发明系统通过控制混合励磁同步电机的励磁电流使混合励磁同步电机运行在最佳的转速，能够实现对风能的最大追踪，提高发电效率和稳定性；通过将风速测定模块、风力测定模块和智能监测模块监测采集的数据更新到发电系统的总控制策略中，能够最大限度地提高数据的测量准确性，在一段时间内使用这些测量数据能够增加发电系统对不确定性的控制和响应，减少计算误差，提升海上风力发电效率和水平。

[0005] 本发明提出一种混合励磁海上风力发电系统，包括风机、混合励磁同步电机、三相并网逆变器、最大风能获取模块、风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块；

[0006] 所述风速测定模块用于采集海上风力生产数据，并采集过去一个时间段的风速测量值，然后进行对比，得到风速变化值，最后将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中；所述风力测定模块用于采集海上单位时间内的风速级数，并采集过去一个时间段内测定的风速级数，然后进行对比，得到风力级数变化值，然后将风力级数变化值更新到发电系统的总控制策略中；

[0007] 所述电网防线模块用于采集海上风力发电系统基础信息，具体为地形和气候信息，然后结合所述风速测定模块采集的海上风力生产数据，以及结合风力测定模块采集的海上单位时间内的风速级数，进行分析和评估，得出防线控制策略，并将防线控制策略实时更新到发电系统的总控制策略中；

[0008] 所述智能监测模块包括海洋监测单元、电机监测单元和风机监测单元，所述海洋监测单元用于监测海洋中洋流、海浪实时变化，以及用于监测海洋生物的运动轨迹，并将洋流、海浪实时变化情况和海洋生物的运动轨迹传输至发电系统的总控制中心，发电系统的总控制中心根据洋流、海浪实时变化详情以及根据海洋生物的运动轨迹进行判断，判断其对海上风力发电系统基础建设的影响值，并将该影响值更新到发电系统的总控制策略中，作为管理人员调整总控制策略的参数，实现对海上风力发电的安全监管，所述电机监测单元用于监测并采集混合励磁同步电机内电流值，然后根据采集的电流值与预设阈值进行对比，将对比结果的电流值差值实时更新到发电系统的总控制策略中，所述风机监测单元用于监测并采集风叶的实时参数信息数据；

[0009] 所述最大风能获取模块建立风机、混合励磁同步电机以及三相并网逆变器的数学模型，然后采用交流-直流-交流的拓扑结构，以获取最大风能参数，然后结合风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块获得的数据，形成综合控制策略进行控制所述混合励磁同步电机输出的功率输送至电网。

[0010] 进一步改进在于：所述风速测定模块将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中时，必须保证将风速变化值更新到发电系统的系统规划、运营规划以及维护内容中。

[0011] 进一步改进在于：所述风速测定模块将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中时，还需要将风速变化值传递至发电系统中所有以风速为主要应用条件的模块系统中。

[0012] 进一步改进在于：所述最大风能获取模块建立风机、混合励磁同步电机以及三相并网逆变器的数学模型，然后采用交流-直流-交流的拓扑结构，以获取最大风能参数，其具体过程为：所述混合励磁发电机与风机同轴相连后在述风机的带动下产生三相交流电，混合励磁发电机的转速外环进行追踪转速，励磁电流内环进行调节混合励磁发电机的励磁电流，然后根据风机在每个风速下存在的最佳叶尖速比求出混合励磁发电机的最佳转速，混合励磁发电机的转速偏差通过控制器和取反得到的混合励磁发电机的励磁电流进行确定，当混合励磁发电机的转速过高时，电枢绕组经过三相二极管整流桥后得到直流母线电压则会较高，此时继续让三相并网逆变器发电，以减少励磁电流；反之，当混合励磁发电机的转速过低时，通过正价励磁电流让直流母线具备足够的电压来驱动发电系统继续并网发电，混合励磁发电机的转速偏差与励磁电流通过控制器的输出的励磁电压控制，调节励磁电压实现调节混合励磁发电机运行在最适宜转速，以获取最大风能追踪；然后结合风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块获得的数据，形成综合控制策略进行控制所述混合励磁同步电机输出的功率输送至电网。

[0013] 进一步改进在于：所述电网防线模块分析和评估得到的防线控制策略包括预防控制、紧急控制和纠正控制策略。

[0014] 进一步改进在于：所述风机监测单元监测并采集风叶的实时参数信息数据，具体包括：监测风叶是否运转在设定运转速度，并对监测数据进行采集、监测风叶在运转过程中的振动变化参数，并对监测数据进行采集。

[0015] 进一步改进在于：所述电机监测单元还用于监测混合励磁同步电机内的工作温度变化值和工作环境湿度变化值，并实时分析工作温度变化值和工作环境湿度变化值对混合励磁同步电机正常工作产生的影响，并将分析结果更新到发电系统的总控制策略中。

[0016] 本发明的有益效果为：本发明系统通过控制混合励磁同步电机的励磁电流使混合励磁同步电机运行在最佳的转速，能够实现对风能的最大追踪，提高发电效率和稳定性；通过将风速测定模块、风力测定模块和智能监测模块监测采集的数据更新到发电系统的总控制策略中，能够最大限度地提高风速、风力以及海洋中洋流、海浪实时变化、混合励磁同步电机内电流值和风叶的实时参数信息数据的测量准确性，在一段时间内使用这些测量数据能够增加发电系统对不确定性的控制和响应，减少计算误差，提升海上风力发电效率和水平，通过电网防线模块能够根据现有风险原则调整和优化与现场相关的决策，能够保证发电系统可以采取紧急对策进行控制不确定性，提升海上风力发电稳定性和安全性。附图说明
图1为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

[0017] 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

[0018] 本实施例提出一种混合励磁海上风力发电系统，包括风机、混合励磁同步电机、三相并网逆变器、最大风能获取模块、风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块；

[0019] 所述风速测定模块用于采集海上风力生产数据，并采集过去一个时间段的风速测量值，然后进行对比，得到风速变化值，最后将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中；所述风力测定模块用于采集海上单位时间内的风速级数，并采集过去一个时间段内测定的风速级数，然后进行对比，得到风力级数变化值，然后将风力级数变化值更新到发电系统的总控制策略中；

[0020] 所述电网防线模块用于采集海上风力发电系统基础信息，具体为地形和气候信息，然后结合所述风速测定模块采集的海上风力生产数据，以及结合风力测定模块采集的海上单位时间内的风速级数，进行分析和评估，得出防线控制策略，并将防线控制策略实时更新到发电系统的总控制策略中；

[0021] 所述智能监测模块包括海洋监测单元、电机监测单元和风机监测单元，所述海洋监测单元用于监测海洋中洋流、海浪实时变化，以及用于监测海洋生物的运动轨迹，并将洋流、海浪实时变化情况和海洋生物的运动轨迹传输至发电系统的总控制中心，发电系统的总控制中心根据洋流、海浪实时变化详情以及根据海洋生物的运动轨迹进行判断，判断其对海上风力发电系统基础建设的影响值，并将该影响值更新到发电系统的总控制策略中，作为管理人员调整总控制策略的参数，实现对海上风力发电的安全监管，所述电机监测单元用于监测并采集混合励磁同步电机内电流值，然后根据采集的电流值与预设阈值进行对比，将对比结果的电流值差值实时更新到发电系统的总控制策略中，所述风机监测单元用于监测并采集风叶的实时参数信息数据；

[0022] 所述最大风能获取模块建立风机、混合励磁同步电机以及三相并网逆变器的数学模型，然后采用交流-直流-交流的拓扑结构，以获取最大风能参数，其具体过程为：所述混合励磁发电机与风机同轴相连后在述风机的带动下产生三相交流电，混合励磁发电机的转速外环进行追踪转速，励磁电流内环进行调节混合励磁发电机的励磁电流，然后根据风机在每个风速下存在的最佳叶尖速比求出混合励磁发电机的最佳转速，混合励磁发电机的转速偏差通过控制器和取反得到的混合励磁发电机的励磁电流进行确定，当混合励磁发电机的转速过高时，电枢绕组经过三相二极管整流桥后得到直流母线电压则会较高，此时继续让三相并网逆变器发电，以减少励磁电流；反之，当混合励磁发电机的转速过低时，通过正价励磁电流让直流母线具备足够的电压来驱动发电系统继续并网发电，混合励磁发电机的转速偏差与励磁电流通过控制器的输出的励磁电压控制，调节励磁电压实现调节混合励磁发电机运行在最适宜转速，以获取最大风能追踪；

[0023] 然后结合风速测定模块、风力测定模块、电网防线模块和智能监测模块获得的数据，形成综合控制策略进行控制所述混合励磁同步电机输出的功率输送至电网。

[0024] 所述风速测定模块将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中时，必须保证将风速变化值更新到发电系统的系统规划、运营规划以及维护内容中。

[0025] 所述风速测定模块将风速变化值更新到发电系统的总控制策略中时，还需要将风速变化值传递至发电系统中所有以风速为主要应用条件的模块系统中。

[0026] 所述电网防线模块分析和评估得到的防线控制策略包括预防控制、紧急控制和纠正控制策略。

[0027] 所述风机监测单元监测并采集风叶的实时参数信息数据，具体包括：监测风叶是否运转在设定运转速度，并对监测数据进行采集、监测风叶在运转过程中的振动变化参数，并对监测数据进行采集。

[0028] 所述电机监测单元还用于监测混合励磁同步电机内的工作温度变化值和工作环境湿度变化值，并实时分析工作温度变化值和工作环境湿度变化值对混合励磁同步电机正常工作产生的影响，并将分析结果更新到发电系统的总控制策略中。

[0029] 本发明系统通过控制混合励磁同步电机的励磁电流使混合励磁同步电机运行在最佳的转速，能够实现对风能的最大追踪，提高发电效率和稳定性；通过将风速测定模块、风力测定模块和智能监测模块监测采集的数据更新到发电系统的总控制策略中，能够最大限度地提高风速、风力以及海洋中洋流、海浪实时变化、混合励磁同步电机内电流值和风叶的实时参数信息数据的测量准确性，在一段时间内使用这些测量数据能够增加发电系统对不确定性的控制和响应，减少计算误差，提升海上风力发电效率和水平，通过电网防线模块能够根据现有风险原则调整和优化与现场相关的决策，能够保证发电系统可以采取紧急对策进行控制不确定性，提升海上风力发电稳定性和安全性。

[0030] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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