PROFIBUS總線橋在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用

　　中國的風能資源十分豐富，目前已經(jīng)探明的風能儲量約為3226GW，其中可利用風能約為253GW，主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。根據(jù)統(tǒng)計，截至到2006年底，中國大陸地區(qū)已建成并網(wǎng)型風電場91座，累計運行風力發(fā)電機組3311臺，總?cè)萘窟_259.9萬kW（以完成整機吊裝作為統(tǒng)計依據(jù)）。已經(jīng)建成并網(wǎng)發(fā)電的風場主要分布在新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼寧等16個省區(qū)。根據(jù)電監(jiān)會公布的數(shù)據(jù)，截至2006年底,中國發(fā)電裝機容量達到62200萬kW，風力發(fā)電占全國總裝機容量的0.42%。截至到2006年底，全世界總風電裝機容量已經(jīng)達到7390.4萬kW，其中德國總裝機容量2062.2萬kW，位居世界第一，中國2006年風電新增裝機容量僅次于美國、德國、印度和西班牙，列第五位；總裝機容量列世界第六位。因此，風力發(fā)電將成為我國最具大規(guī)模開發(fā)前景的新能源之一。

　　風力發(fā)電系統(tǒng)主要有恒速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)和變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)兩大類。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發(fā)電機，通過定槳距失速控制的風輪機使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值繼而保證發(fā)電機端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運行范圍比較窄，只能在一定風速下捕獲風能，發(fā)電效率較低。變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般采用永磁同步電機或者雙饋電機作為發(fā)電機，通過變槳距控制風輪使整個系統(tǒng)在很大的速度范圍內(nèi)按照最佳的效率運行，是目前風力發(fā)電技術的發(fā)展方向。對于風機來說，其調(diào)速范圍一般在同步速的50%～150％之間，如果采用普通鼠籠異步電機系統(tǒng)或者永磁同步電機系統(tǒng)，變頻器的容量要求與所拖動的發(fā)電機容量相當，這是非常不經(jīng)濟的。雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)定子和電網(wǎng)直接相連接，轉(zhuǎn)子和功率變換器相連接，通過變換器的功率僅僅是轉(zhuǎn)差功率，這是各種傳動系統(tǒng)中效率比較高的，該結(jié)構(gòu)適合于調(diào)速范圍不寬的風力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風力發(fā)電系統(tǒng)。

　　1、帶有PROFIBUS通訊接口的變頻器簡介

　　西安某風電變頻裝置運用于1.5MW變速恒頻雙饋風力發(fā)電機組，通過調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機勵磁電流，使得發(fā)電機按最佳功率輸出690V、50Hz的恒定電壓。整個控制過程通過兩個階段實現(xiàn)，額定風速以下，調(diào)節(jié)發(fā)電機反力矩使轉(zhuǎn)速跟隨風速變化，以便按最佳葉尖速比輸出功率；高于額定風速時，配合變槳矩系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距限制機組獲取的能量，使風電機組保持在額定功率點發(fā)電。

　　1．1 功能簡介

　　▲ 最佳葉尖速比控制根據(jù)風速變化對發(fā)電機轉(zhuǎn)速進行實時調(diào)節(jié)，使得風機在額定功率以下能運行在最大功率捕獲點，優(yōu)化了風機功率輸出性能，提高了整機風能利用率；

　　▲軟并網(wǎng)技術調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓的頻率、幅值、相位，使其與電網(wǎng)嚴格同步，實現(xiàn)變速恒頻無沖擊電流并網(wǎng)；

　　▲有功與無功的解耦控制通過調(diào)節(jié)勵磁電流的有功與無功分量，分別調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率和無功功率。在可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，補償電網(wǎng)的無功需求的同時，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能；

　　▲定子磁鏈定向矢量控制技術通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流實現(xiàn)在不同的轉(zhuǎn)速下的恒頻發(fā)電，滿足用電負載和電網(wǎng)的要求，同時按最佳葉尖速比實時調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率，提高了機組的經(jīng)濟效益。

　　1.2 設計特點

　　▲ 高效的防護措施和成熟可靠的器件選型，使得變頻器適應風電行業(yè)風沙多、溫差變化大和振動大等特殊的工作環(huán)境；

　　▲ 通過PROFIBUS現(xiàn)場總線接口，實時與上位機進行數(shù)據(jù)處理；

　　▲ 模塊化的設計理念，使得變頻器結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護；

　　▲ 完善的故障保護和信息顯示，在有效保護風電機組的同時，提供可視化的用戶界面；

　　▲ 高性能的矢量控制和PWM脈沖整流技術，為變頻器的可靠運行提供了有效保障。

3 第1頁/共3頁   首頁   下一頁   上一頁   尾頁