本發(fā)明專利技術(shù)涉及高空風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域，具體公開了一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，包括發(fā)電機(jī)、傳動主軸和卷揚(yáng)機(jī)裝置；發(fā)電機(jī)串聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，若干臺卷揚(yáng)機(jī)裝置并聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，卷揚(yáng)機(jī)裝置通過傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。該地面發(fā)電機(jī)組還包括電動機(jī)和儲能裝置；電動機(jī)串聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，電動機(jī)用于經(jīng)儲能裝置供電并通過傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)以維持恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)輸出的交流電直接接入電網(wǎng)和為儲能裝置充電。本發(fā)明專利技術(shù)用于解決高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組慣量不足的問題，達(dá)到同步增加電力系統(tǒng)的容量和慣量的效果。步增加電力系統(tǒng)的容量和慣量的效果。步增加電力系統(tǒng)的容量和慣量的效果。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組
[0001]本專利技術(shù)涉及高空風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域，更具體地，涉及一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組。
技術(shù)介紹
[0002]高空風(fēng)能的利用是在高空中采集風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能或其它形式的能量。高空風(fēng)箏型發(fā)電系統(tǒng)和傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用將發(fā)電機(jī)組設(shè)置于地面的型式，高空風(fēng)箏或傘型風(fēng)力裝置通過纜繩與地面發(fā)電機(jī)組連接，通過纜繩拉扯做功實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。但由于其發(fā)電形式為間歇式發(fā)電，為提高風(fēng)能發(fā)電的穩(wěn)定性和發(fā)電量，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用多套設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)的方式，對單一發(fā)電機(jī)進(jìn)行做功發(fā)電。
[0003]專利CN107842468A一種并聯(lián)式中高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，具體公開了：一種地面發(fā)電機(jī)組，包括至少一臺發(fā)電機(jī)、若干臺動力卷揚(yáng)機(jī)和若干臺容繩卷揚(yáng)機(jī)，所述動力卷揚(yáng)機(jī)用于通過纜繩帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述容繩卷揚(yáng)機(jī)用于收卷通過所述動力卷揚(yáng)機(jī)的纜繩。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與一主軸連接，且所述主軸通過傳動裝置與所述動力卷揚(yáng)機(jī)連接；所述傳動裝置用于將所述動力卷揚(yáng)機(jī)的扭矩通過主軸傳送至所述發(fā)電機(jī)。
[0004]電力系統(tǒng)中的慣量為系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)慣量之和，體現(xiàn)了電力系統(tǒng)抗干擾、穩(wěn)定輸出的能力。上述風(fēng)能的發(fā)電機(jī)組或其他新能源發(fā)電系統(tǒng)均采用儲能裝置中轉(zhuǎn)，再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化為220V或380V交流電接入電網(wǎng)。由于逆變器等電力電子器件為物理零慣量器件，當(dāng)逆變器監(jiān)測到自身或電網(wǎng)系統(tǒng)存在擾動、故障時，會立即主動與電網(wǎng)脫離，導(dǎo)致電網(wǎng)容量缺口的進(jìn)一步增大，擾動進(jìn)一步擴(kuò)大，進(jìn)而可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰。因此，隨著電網(wǎng)中新能源發(fā)電比例的增加，將降低電力系統(tǒng)的慣量。目前新能源發(fā)電系統(tǒng)正處于發(fā)展階段，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)直流閉鎖或新能源機(jī)組脫網(wǎng)等突發(fā)事故時，低慣量電網(wǎng)對功率擾動抵抗能力較弱，極易導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn)。因此，高比例新能源電網(wǎng)慣性的量化評估成為電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度運(yùn)行關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0005]在電力系統(tǒng)負(fù)荷不變情況下，新能源發(fā)電系統(tǒng)接入對電力系統(tǒng)頻率影響存在以下兩種場景。1)新能源比例增加，同步機(jī)數(shù)量相應(yīng)減少，此為高比例新能源系統(tǒng)場景。同步機(jī)數(shù)量減少，緩沖擾動功率的動能減小，在相同擾動下電力系統(tǒng)的頻率變化率變大。2)新能源比例增加，常規(guī)機(jī)組開機(jī)數(shù)量基本維持不變，通過降低機(jī)組功率運(yùn)行點(diǎn)接納新能源。雖然新能源接入使電力系統(tǒng)慣性常數(shù)減少，但同步機(jī)數(shù)量不變，動能不變，相同擾動功率下電力系統(tǒng)頻率變化率不變。
[0006]新能源虛擬慣量，按慣量響應(yīng)特性及控制方式可分為電流源型虛擬慣量及電壓源型虛擬慣量。電流源型虛擬慣量通過對變流器控制策略進(jìn)行改進(jìn)，使其提供慣量響應(yīng)。電流源型虛擬慣量與同步機(jī)轉(zhuǎn)動量有本質(zhì)區(qū)別，短時間改變輸出功率，改善了系統(tǒng)不平衡功率，進(jìn)而減小頻率變化率，并沒有增加系統(tǒng)慣量，是功率響應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)控制模式類似，工程改造難度低。缺點(diǎn)是無法在孤島模式下運(yùn)行，存在固有延時，擾動后短時間內(nèi)無法為電網(wǎng)電壓提供支撐作用。電壓源型虛擬慣量指虛擬同步機(jī)，也稱同步變流器。在變流器
控制環(huán)節(jié)引入同步機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動及電磁暫態(tài)方程，使其具有同步機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的外特性技術(shù)，可模擬同步機(jī)電壓源特性。優(yōu)點(diǎn)是在弱電網(wǎng)中具有明顯優(yōu)勢，在孤島模式下可以運(yùn)行。缺點(diǎn)是完全改變了變流器的控制結(jié)構(gòu)，工程改造難度大，改造成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0007]本專利技術(shù)旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，用于解決高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組慣量不足的問題，達(dá)到同步增加電力系統(tǒng)的容量和慣量的效果。
[0008]本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案是，一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，包括發(fā)電機(jī)、傳動主軸和卷揚(yáng)機(jī)裝置；發(fā)電機(jī)串聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，若干臺卷揚(yáng)機(jī)裝置并聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，卷揚(yáng)機(jī)裝置通過傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。該地面發(fā)電機(jī)組還包括電動機(jī)和儲能裝置；電動機(jī)串聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，電動機(jī)用于經(jīng)儲能裝置供電并通過傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)以維持恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)輸出的交流電直接接入電網(wǎng)和為儲能裝置充電。
[0009]本方案的發(fā)電機(jī)采用同步交流發(fā)電機(jī)，根據(jù)同步交流發(fā)電機(jī)的特性，輸出的電流頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成線性相關(guān)。如果發(fā)電機(jī)需要直接接入電網(wǎng)輸出交流電，那么發(fā)電機(jī)必須以恒定轉(zhuǎn)速持續(xù)旋轉(zhuǎn)，以符合電網(wǎng)的交流電頻率(我國電網(wǎng)頻率為50HZ)。高空風(fēng)能發(fā)電本身為間歇性發(fā)電，因此采用若干臺卷揚(yáng)機(jī)裝置帶動傳動主軸旋轉(zhuǎn)，每組卷揚(yáng)機(jī)裝置輪流做功，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。雖然通過設(shè)備之間的串聯(lián)或并聯(lián)布置優(yōu)化，傳遞至發(fā)電機(jī)的動力變得連續(xù)，但其仍會存在較大的波動，從而影響發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，只有當(dāng)高空風(fēng)力滿足一定條件時，纜繩才能拉動卷揚(yáng)機(jī)裝置，從而驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)風(fēng)力嚴(yán)重不足時，將無動力傳遞至發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將逐漸降低。對此，為了保證接入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)能以恒定轉(zhuǎn)速持續(xù)旋轉(zhuǎn)，在與發(fā)電機(jī)相連的傳動主軸上增加電動機(jī)。電動機(jī)通過額外的儲能裝置單獨(dú)供電，并能保持恒定轉(zhuǎn)速輸出，進(jìn)而通過與之相連的傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)發(fā)電。本方案通過在傳動主軸上額外增加電動機(jī)，保證了發(fā)電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速持續(xù)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，進(jìn)而保證了發(fā)電機(jī)輸出的交流電頻率穩(wěn)定，解決了地面發(fā)電機(jī)組直接接入電網(wǎng)的問題。
[0010]本方案中的若干臺卷揚(yáng)機(jī)裝置、傳動主軸、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)均為機(jī)械旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其轉(zhuǎn)子本身均具有一定的轉(zhuǎn)動慣量，其共同組成的地面發(fā)電機(jī)組則具有一定的系統(tǒng)慣量。更重要的是，電動機(jī)經(jīng)儲能裝置供電，可持續(xù)不斷地向傳動主軸輸出動力，相當(dāng)于一個大慣量的飛輪串接在傳動主軸上，進(jìn)而使地面發(fā)電機(jī)組具有較大的系統(tǒng)慣量。發(fā)電機(jī)組通過同步交流發(fā)電機(jī)接入電力系統(tǒng)(電網(wǎng))后，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率擾動時,發(fā)電機(jī)組中的各旋轉(zhuǎn)裝備釋放出轉(zhuǎn)子存儲的動能，用于抵抗電力系統(tǒng)的頻率偏移，并向電力系統(tǒng)提供慣量支撐。儲能裝置釋放電能給電動機(jī)，電動機(jī)通過傳動主軸加大對發(fā)電機(jī)的動力輸入，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的輸出功率提升，以抵抗電力系統(tǒng)的功率擾動。本方案的地面發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)火電機(jī)組相似，一方面可作為發(fā)電機(jī)向負(fù)荷供電，另一方面可向電力系統(tǒng)提供一定的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動支撐。本方案通過若干機(jī)械旋轉(zhuǎn)設(shè)備帶動同步交流發(fā)電機(jī)，以及儲能裝置通過電動機(jī)釋放額外的能量，解決了發(fā)電機(jī)組慣量不足的問題，達(dá)到同步增加電力系統(tǒng)的容量和慣量的效果。
[0011]本方案的串聯(lián)指各旋轉(zhuǎn)設(shè)備之間的轉(zhuǎn)軸依次相互連接，其中某一旋轉(zhuǎn)設(shè)備停止旋
轉(zhuǎn)，則其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備同步停止旋轉(zhuǎn)。并聯(lián)指各旋轉(zhuǎn)設(shè)備之間的轉(zhuǎn)軸均連接至某一主軸上，其中某一旋轉(zhuǎn)設(shè)備停止旋轉(zhuǎn)，則主軸和其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備繼續(xù)維持旋轉(zhuǎn)。
[0012]優(yōu)選地，還包括風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器用于測量高空風(fēng)能工作區(qū)域的風(fēng)速。高空風(fēng)能工作區(qū)域也即高空風(fēng)箏或傘型風(fēng)力裝置的工作區(qū)域。高空風(fēng)箏或傘型風(fēng)力裝置在風(fēng)力的作用下向上運(yùn)動，通過纜繩拉動卷揚(yáng)機(jī)裝置旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。風(fēng)速傳感器優(yōu)選安裝在高空風(fēng)箏或傘型風(fēng)力裝置上。通過獲得高空風(fēng)箏或傘型風(fēng)力裝置周圍的風(fēng)速，地面發(fā)電機(jī)組可以計(jì)算得到卷揚(yáng)機(jī)裝置可產(chǎn)生的扭矩和發(fā)電機(jī)可產(chǎn)出的功率。當(dāng)發(fā)電機(jī)可產(chǎn)出的功率不足時，儲能裝置加大電力輸出，使電動機(jī)輸出的扭矩加大，進(jìn)而彌補(bǔ)卷揚(yáng)機(jī)裝置缺失的扭矩，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)產(chǎn)出的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，包括發(fā)電機(jī)、傳動主軸和卷揚(yáng)機(jī)裝置；發(fā)電機(jī)串聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，若干臺卷揚(yáng)機(jī)裝置并聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，卷揚(yáng)機(jī)裝置通過傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電；其特征在于，還包括電動機(jī)和儲能裝置；電動機(jī)串聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上，電動機(jī)用于經(jīng)儲能裝置供電并通過傳動主軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)以維持恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)輸出的交流電直接接入電網(wǎng)和為儲能裝置充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，其特征在于，還包括風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器用于測量高空風(fēng)能工作區(qū)域的風(fēng)速。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述儲能裝置包括蓄電池組、整流單元和逆變單元；整流單元用于將所述發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電并將其儲存在蓄電池組中；逆變單元用于將蓄電池組中的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并輸出給所述電動機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，其特征在于，還包括飛輪部件，飛輪部件串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置在所述傳動主軸上，飛輪部件用于增加傳動主軸的轉(zhuǎn)動慣量。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種集成電動機(jī)的高空風(fēng)能地面發(fā)電機(jī)組，其特征在于，還包括傳動裝置；傳動裝置用于將若干段所述傳動主軸相互連接，以及將若干臺所述卷揚(yáng)機(jī)裝置并聯(lián)設(shè)置在傳動主軸上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成電動機(jī)的高空...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張建軍，李銳，
申請(專利權(quán))人：廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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