變頻技術(shù)在變速恒頻風電系統(tǒng)的應用

摘要變速恒頻異步風力發(fā)電技術(shù)特別是雙饋異步發(fā)電技術(shù)在風力發(fā)電中得到了廣泛的應用。本文在闡述變頻技術(shù)在風力發(fā)電系統(tǒng)應用的基礎上，對變速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)的不同的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略進行了分析，并介紹了變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電技術(shù)的研究熱點以及北京清能華福風電技術(shù)有限公司的產(chǎn)品QHVERT-DFIG-1500B型變流器。

　　關(guān)鍵字風力發(fā)電、變速恒頻、變頻技術(shù)

　　一、引言。

　　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(shù)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)。

　　本文將從變速恒頻異步風力系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)兩個方面對變頻技術(shù)在風力發(fā)電中的應用進行綜述，以反映變頻技術(shù)在風力發(fā)電中的發(fā)展情況。

　　二、變速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)拓撲。

　　采用繞線異步電機作為發(fā)電機并對其轉(zhuǎn)子電流進行控制，是變速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)的主要實現(xiàn)形式之一。主要的拓撲結(jié)構(gòu)包括交流勵磁控制，轉(zhuǎn)子斬波調(diào)阻以及由上述兩種拓撲結(jié)構(gòu)結(jié)合發(fā)展而來的混合結(jié)構(gòu)。

　　1.交流勵磁結(jié)構(gòu)

　　交流勵磁控制通過變頻裝置向轉(zhuǎn)子提供三相滑差頻率的電流進行勵磁，這種方式的變頻裝置通常使用交交變頻器，矩陣變換器或交直交變頻器。

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