變速風力發(fā)電機

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