一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构的制作方法

1.本实用新型属于分布式发动机发电系统技术领域，涉及分布式发电系统拓扑结构，尤其是一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构。


背景技术：

2.近年来，发动机发电系统被广泛应用于分布式发电系统或微电网系统中。微电网系统是指能够向整个本地负荷提供发电能力，并能以并网或孤岛方式工作的小型电力系统。这种分布式发电系统的目的是使能源的性质多样化，提高系统的可靠性、电能质量和成本效益。
3.在含有风电或光伏系统的分布式电源中，风电和光伏系统输出的功率通常为直流，因此需要增加功率变换器与交流电网连接以将功率输至电网。在传统的含分布式电源的发动机发电系统中，原动机带动永磁同步电机发出的交流功率也需先经过功率变流器转换成直流形式，与分布式电源的输出功率一同经过功率变换器与交流电网连接。
4.因此，在传统的拓扑结构中，需要两个变流器将发电机输出功率经交-直-交电流转换提供至电网。由于采用了双功率变换，发电效率较低。且采用两台变流器进行发动机发电，成本较高。
5.经检索，未发现与本实用新型相同或相近似的现有技术的文献。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，能够实现仅使用一个变流器且无需交流电抗器，即可同时调节开绕组永磁同步电机的输出功率和多个分布式电源的输出功率，提高电机向电网发电的功率转换效率，并降低系统成本的应用。
7.本实用新型解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
8.一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，包括：开绕组永磁同步电机、原动机、电网、三相功率变流器、含风电/光伏/储能电池的分布式电源和直流母线电容；
9.所述开绕组永磁同步电机用于通过原动机拖动其运行以向电网发电，其定子绕组取代分布式电源与电网之间的交流电抗器；
10.该开绕组永磁同步电机的转子与原动机的转子相连接，该原动机用于带动开绕组永磁同步电机以与电网同步的转速运行；
11.所述开绕组永磁同步电机的定子绕组的引线与三相功率变流器相连接，用于通过对功率变流器的控制调节开绕组永磁同步电机的输出功率；
12.所述开绕组永磁同步电机的定子绕组的引线还与电网相连接，用于将开绕组永磁同步电机的输出功率直接传输给电网；
13.所述风电/光伏/储能电池的分布式电源的输出功率以直流形式经过直流母线电
容和三相功率变流器的直流侧相连接，该直流母线电容用于过滤电流谐波，并通过三相功率变流器进行直流-交流变换后，经过开绕组永磁同步电机的定子绕组传输至电网，用于将分布式电源的输出功率传输给电网。
14.而且，所述开绕组永磁同步电机为表贴式开绕组永磁同步电机。
15.而且，所述直流母线电容为电解电容。
16.而且，所述三相功率变流器为三相两电平igbt变流器。
17.本实用新型的优点和有益效果：
18.本实用新型提供了一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，与传统的基于永磁同步电机的分布式发电系统相比，本实用新型通过使用开绕组永磁同步电机取代传统永磁同步电机，并将其定子绕组分别与交流电网和分布式电源的变流器交流侧连接，能够实现仅通过控制一个变流器且无需额外交流电抗器，即可同时调节开绕组永磁同步电机的发电功率和分布式电源的输出功率，提高开绕组永磁同步电机向电网发电的功率转换效率，并降低系统硬件成本的应用。
附图说明
19.图1为本实用新型的整体结构示意图；
20.附图标记说明：
21.1-开绕组永磁同步电机；2-原动机；3-电网；4-三相功率变流器；5-含风电/光伏/储能电池的分布式电源；6-直流母线电容。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：
23.一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，如图1所示，包括：开绕组永磁同步电机、原动机、电网、三相功率变流器、含风电/光伏/储能电池的分布式电源和直流母线电容；
24.所述开绕组永磁同步电机用于通过原动机拖动其运行以向电网发电，其定子绕组取代分布式电源与电网之间的交流电抗器；
25.该开绕组永磁同步电机的转子与原动机的转子相连接，该原动机用于带动开绕组永磁同步电机以与电网同步的转速运行；
26.所述开绕组永磁同步电机的定子绕组的引线与三相功率变流器相连接，用于通过对功率变流器的控制调节开绕组永磁同步电机的输出功率；
27.所述开绕组永磁同步电机的定子绕组的引线还与电网相连接，用于将开绕组永磁同步电机的输出功率直接传输给电网；
28.所述风电/光伏/储能电池的分布式电源的输出功率以直流形式经过直流母线电容和三相功率变流器的直流侧相连接，该直流母线电容用于过滤电流谐波，并通过三相功率变流器进行直流-交流变换后，经过开绕组永磁同步电机的定子绕组传输至电网，用于将分布式电源的输出功率传输给电网；
29.在本实施例中，所述开绕组永磁同步电机为表贴式开绕组永磁同步电机。
30.在本实施例中，所述直流母线电容为电解电容。
31.在本实施例中，所述三相功率变流器为三相两电平igbt变流器。
32.本实用新型的工作过程：
33.原动机拖动开绕组永磁同步电机的转子以电网同步速旋转，其输出功率通过开绕组永磁同步电机的定子输给至电网。分布式电源输出的直流功率通过三相功率变流器变换成交流，再经开绕组永磁同步电机的定子绕组输至电网。通过控制三相功率变流器中各桥臂的开关信号，可分别调节开绕组永磁同步电机和分布式电源向电网输出功率的大小。
34.本实用新型的各组成部件的功能和作用：
35.开绕组永磁同步电机1用于通过原动机拖动其运行以向电网发电，其定子绕组还可取代分布式电源与电网之间的交流电抗器；原动机2用于拖动开绕组永磁同步电机转子以与电网同步的转速运行；电网3为接受分布式电源和发电机输出功率的交流电网；三相功率变流器4用于交-直流变换，以及调节分布式电源和开绕组永磁同步电机的输出功率；含风电/光伏/储能电池的分布式电源5用于将风能、光能或储能电池化学能转化成电能以向电网发电；直流母线电容6用于过滤直流母线电流的谐波。
36.本实用新型的工作原理是：
37.开绕组永磁同步电机1为表贴式开绕组永磁同步电机，原动机2的转子与开绕组永磁同步电机1的转子机械相连，原动机2带动开绕组永磁同步电机1以与电网同步的转速运行。开绕组永磁同步电机1的定子绕组的六根引线都被引出到发电机的末端，其中三根线接变流器4的交流侧，另三根线接电网3。分布式电源5的输出功率以直流形式经过直流母线和变流器4的直流侧相连，通过直流-交流变换并经过开绕组永磁同步电机1的定子绕组传输给电网。
38.此外，在原动机2不工作时，该系统与传统的交直流分布式发电系统结构相似，开绕组永磁同步电机1的定子绕组电感在系统中可代替电抗器的作用。直流母线电容6用于过滤电流谐波。通过控制三相功率变流器4各桥臂的开关状态，该系统可调节直流母线电压来调节分布式电源的功率，并同时利用矢量控制策略来控制发电机的功率。在该系统中，只需一个三相功率变流器即可同时控制发电机和分布式电源的功率，发动机产生的功率可以直接馈给电网而不需要能量转换，由此可以提高发动机向电网功率转换的效率，并降低系统成本。
39.需要强调的是，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
40.在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”等均做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型或实用新型中的具体含义。
41.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，
可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，其特征在于：包括：开绕组永磁同步电机、原动机、电网、三相功率变流器、含风电/光伏/储能电池的分布式电源和直流母线电容；所述开绕组永磁同步电机用于通过原动机拖动其运行以向电网发电，其定子绕组取代分布式电源与电网之间的交流电抗器；该开绕组永磁同步电机的转子与原动机的转子相连接，该原动机用于带动开绕组永磁同步电机以与电网同步的转速运行；所述开绕组永磁同步电机的定子绕组的引线与三相功率变流器相连接，用于通过对功率变流器的控制调节开绕组永磁同步电机的输出功率；所述开绕组永磁同步电机的定子绕组的引线还与电网相连接，用于将开绕组永磁同步电机的输出功率直接传输给电网；所述风电/光伏/储能电池的分布式电源的输出功率以直流形式经过直流母线电容和三相功率变流器的直流侧相连接，该直流母线电容用于过滤电流谐波，并通过三相功率变流器进行直流-交流变换后，经过开绕组永磁同步电机的定子绕组传输至电网，用于将分布式电源的输出功率传输给电网。2.根据权利要求1所述的一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，其特征在于：所述开绕组永磁同步电机为表贴式开绕组永磁同步电机。3.根据权利要求1所述的一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，其特征在于：所述直流母线电容为电解电容。4.根据权利要求1所述的一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，其特征在于：所述三相功率变流器为三相两电平igbt变流器。

技术总结
本实用新型涉及一种基于开绕组永磁同步电机的分布式发电系统拓扑结构，包括：开绕组永磁同步电机、原动机、电网、三相功率变流器、含风电/光伏/储能电池的分布式电源和直流母线电容。本实用新型能够实现仅通过控制一个变流器且无需额外交流电抗器，即可同时调节开绕组永磁同步电机的发电功率和分布式电源的输出功率，提高开绕组永磁同步电机向电网发电的功率转换效率，并降低系统硬件成本的应用。并降低系统硬件成本的应用。并降低系统硬件成本的应用。


技术研发人员：王仰铭 黄家凯 刘晓楠 庞超 崔文庆 周晨曦
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司电力科学研究院
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2022/5/25