變速風力發電機

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石家莊市風機通過齒輪箱與發電機相連，發電機定子通過全功率電力電子變換裝置與電網相連，此種發電機可以是籠型異步發電機(SCIG)也可以是同步發電機(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電機額定轉速的原則而設計，此種類型的風力發電機稱為帶齒輪箱的全功率控制變速風力發電機。而對于同步發電機(SG)或者永磁同步發電機(PMSG)來說，其可以采用多對極方式，多對極發電機使得發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電機的直驅型模式，如圖1．3c所示。此種類型的風力發電機稱為直驅式全功率控制變速風力發電機。以上兩種類型的全功率控制風力發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電機由于全功率變換裝置的使用可以實現發電機與電網的完全解耦，從而較容易滿足電網的要求，極大地增強了系統的可控性與魯棒性。另外，直驅式全功率控制變速風力發電機可以省掉齒輪箱，如永磁同步直驅型風力發電機完全不需要齒輪箱，節約了機械變速機構的成本。因此，直驅式永磁同步發電機成為了MW級風力發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。這一類型的風力發電機的突出優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，并且在采用適當的控制策略后它也能夠滿足電網對風力發電機的要求，如有功功率、頻率控制、無功功率、電壓控制等。因此此種風力發電機在1．5MW及以上的風力發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雙饋風力發電系統前面介紹了各種變速風力發電機各自的特點，直驅式永磁同步風力發電機與繞線式雙饋風力發電機以其優越的性能而脫穎而出，成為了當今風力發電市場中的兩大主流機型。直驅式永磁同步風力發電機盡管具有諸多優點，然而全功率變換裝置的應用，不僅增加了系統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容量的增加，電機體積也越來越大，給風力發電系統的安裝和維護帶來了困難。而繞線式雙饋風力發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，并且在采用適當的控制策略后它也能夠滿足電網對風力發電機的要求。因此，本文均以變速恒頻雙饋風力發電系統為例進行分析，下面我們具體介紹繞線式雙饋風力發電系統。
1．3．1雙饋風力發電系統概述變速恒頻雙饋風力發電系統結構如圖1．4所示。系統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電系統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；網側變流器的主要作用則是維持直流側電壓的穩定。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，又可以做發電運行，雙饋風力發電系統通常在±30％的同步轉速的范圍內實現有界的變速運行。