變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)

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石家莊市風(fēng)機(jī)通過齒輪箱與發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)定子通過全功率電力電子變換裝置與電網(wǎng)相連，此種發(fā)電機(jī)可以是籠型異步發(fā)電機(jī)(SCIG)也可以是同步發(fā)電機(jī)(SG)，變速齒輪箱是按使得石家莊市風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的原則而設(shè)計(jì)，此種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)稱為帶齒輪箱的全功率控制變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。而對于同步發(fā)電機(jī)(SG)或者永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)來說，其可以采用多對極方式，多對極發(fā)電機(jī)使得發(fā)電機(jī)的電角速度與電網(wǎng)角速度對應(yīng)，這樣一來就可以省掉齒輪箱，采用石家莊市風(fēng)機(jī)直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)的直驅(qū)型模式，如圖1．3c所示。此種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)稱為直驅(qū)式全功率控制變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。以上兩種類型的全功率控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要變流器容量較大(約為120％的額定容量)，但這一類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于全功率變換裝置的使用可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的完全解耦，從而較容易滿足電網(wǎng)的要求，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的可控性與魯棒性。另外，直驅(qū)式全功率控制變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以省掉齒輪箱，如永磁同步直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)完全不需要齒輪箱，節(jié)約了機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的成本。因此，直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)成為了MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型之一，如ENERCON生產(chǎn)的E．82、E．1 12等。繞線式雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)如圖1．3d所示，雙饋電機(jī)定子直接與電網(wǎng)相連接，轉(zhuǎn)子通過雙向變流器與電網(wǎng)相連。這一類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是變流器容量較小(通常為25～40％)，既能滿足石家莊市風(fēng)機(jī)調(diào)速范圍的要求又降低了變流器的容量，具有較強(qiáng)的價格優(yōu)勢，又減低了電力電子變換裝置的能量損耗，并且在采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗院笏材軌驖M足電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求，如有功功率、頻率控制、無功功率、電壓控制等。因此此種風(fēng)力發(fā)電機(jī)在1．5MW及以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場中具有主導(dǎo)地位，如GE風(fēng)能的1．5和3．6MW系列，VESTAS公司的V80．2MW和V l 20．4．5MW等。
1．3雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)前面介紹了各種變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)各自的特點(diǎn)，直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)與繞線式雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)以其優(yōu)越的性能而脫穎而出，成為了當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電市場中的兩大主流機(jī)型。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)盡管具有諸多優(yōu)點(diǎn)，然而全功率變換裝置的應(yīng)用，不僅增加了系統(tǒng)中電力電子裝置的成本，·而且增加了電力電子變換裝置能量轉(zhuǎn)換的損失：況且隨著多極永磁同步電機(jī)系統(tǒng)容量的增加，電機(jī)體積也越來越大，給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安裝和維護(hù)帶來了困難。而繞線式雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)既能滿足石家莊市風(fēng)機(jī)調(diào)速范圍的要求又降低了變流器的容量，具有較強(qiáng)的價格優(yōu)勢，又減低了電力電子變換裝置的能量損耗，并且在采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗院笏材軌驖M足電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求。因此，本文均以變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，下面我們具體介紹繞線式雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
1．3．1雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1．4所示。系統(tǒng)主要有以下部分組成：風(fēng)能捕獲裝置(石家莊市風(fēng)機(jī))、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、雙饋發(fā)電機(jī)組、背靠背變流器以及網(wǎng)側(cè)變壓器。可以看出，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中背靠背變流器包括轉(zhuǎn)子側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器兩部分組成，直流側(cè)電容位于兩個變流器之間，以保持直流6側(cè)電壓的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器不但可以控制雙饋電子的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，而且可以控制雙饋電子定子側(cè)并網(wǎng)功率因數(shù)；網(wǎng)側(cè)變流器的主要作用則是維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。從雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性曲線圖1．5可以看出，雙饋電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速烈的+Aco,速度范圍內(nèi)，既可以做電動運(yùn)行，又可以做發(fā)電運(yùn)行，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常在±30％的同步轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有界的變速運(yùn)行。