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《控制定桨恒速风电机组变速运行的变频和励磁系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、控制定桨恒速风电机组变速运行的变频和励磁系统第25卷第7期2009年7月电力科学与工程ElectricPOwerScienceandEngineeringVO1.25,NO..Ju1..2009/控制定桨恒速风电机组变速运行的变频和励磁系统解大,张延迟,龚锦霞(1.上海交通大学电气工程系,上海20024O;2.华东理工大学自动化系,上海200237:3.上海电机学院电气工程系,上海200240)摘要:针对定桨距恒速型风力发电机对风能的利用效率较低的问题,提出了采用一种新型变频和励磁系统将其改造成为变速风力发电机的
2、方法.设计的新型可消谐励磁调节系统用于定桨距恒速风力发电机励磁,与风力发电机接入电网的变频器进行协调控制,可使风力发电机根据风速变转速运行,大大提高了对风能的利用率.同时,本励磁调节系统可消除谐波的特点降低了变频器产生的谐波对风力发电机的不利影响,提高了风力发电机系统的性能价格比.关键词:风力发电机;定桨距恒速型;风能利用率;励磁调节;协调控制中图分类号:.I'M7l2;.IM614文献标识码:AO引言作为一种重要的可再生能源技术,风力发电装机容量在中国截止到2007年已达到5Gw.早期的风力发电机大多采用异步式
3、感应电机,其特点是定桨距,恒转速,可靠性高,造价较低,运行及维护简单,是当前中国各风电场的主要机型.但此类风力发电机的转速受到电网频率的钳制,不能根据风速的变化最大限度地利用风能p.有文献研究指出,定桨距恒速风力发电机采用交一直一交整流逆变后接入电网的方式可使机组变速运行,从而提高风能利用率M].因这种发电机需从电网获得励磁,所以整流/逆变器必须是四象限可逆型,对整流/逆变器的技术性能要求较高.也有研究文献采用柔性直流输电VSCHVDC将风力发电机接入电网,其整流侧可以是多风力发电机并联后接入,或者分散的风力发电
4、机分别整流后在直流侧并联,也可以解决变转速的问题叫.在对应用可行性进行了充分讨论并对比了交一直一交变流器的基础上,本文考虑在风力发电机侧采用不控整流方式进行整流,然后通过Vsc控制方式逆变接入电网的变频器技术,这样可使得变频器的造价大为降低.发电机励磁则采用一种新型的可消除谐波的励磁调节装置,协调控制励磁调节与变频器的运行方式,从而达到风力发电机变速运行和最大利用风能的效果.此励磁调节器消谐的特性能同时也降低了不控整流产生的谐波对于风力发电机的不利影响.从实际情况看,此方案针对国内600～750kw风电机组改造成
5、本低,运行方式多样;从整个风力发电的控制系统看,可较大幅度地提高控制系统的性价比.1风电机组的接线及运行形式1.1风电机组的接线形式通常的异步式感应风力发电机是直接接入电网的,为补偿无功功率,一般要在接入点并联补偿电容.本文改进为变速型的风力发电机组接线图如图1所示.它包括三个部分:收稿日期:2009一o4一l1.基金项目:上海市教委重点学科"电力电子与电力传动"的支持(J51901)作者简介:解大(1969一),男,上海交通大学电气工程系副教授.L.一一一一.....J图l风电机组接线图8电力科学与工程2O09
6、年(1)异步感应式风力发电机.(2)变频器:整流/逆变装置.(3)可消谐励磁调节装置.其中,异步感应式风力发电机即为定桨恒速型风力发电机,它与系统通过一台全功率的整流/逆变器相连接,整流侧采用不控整流方式,逆变侧通过控制跟随系统的频率.可消谐励磁调节装置通过开关控制其与系统或风力发电机相连.图1中省略齿轮箱等机械连接部分.1.2变速型的风力发电机组的运行方式上述改进的变速型的风力发电机组的运行方式有以下两种:(1)恒速异步机运行方式:控制上述的2,3部分退出运行,投入K,和K:.此时异步感应式风力发电机直接接入系
7、统.此运行方式可作为2,3部分维护或检修状态时的运行方式.(2)变速异步机运行方式:上述风力发电机组运行时,首先控制开关K:闭合,采用软启动方式为新型可消谐励磁调节装置的储能电容充电;充电完成断开K:,且使K闭合为风力发电机励磁.此时控制整流/逆变器运行,将风力发电机产生的电能输送到系统侧.本文仅讨论第二种运行方式.2新型变频和励磁系统的原理和控制新型可消谐励磁调节装置的原理结构如下图2所示(即图1中的部分3).图2中,.,,;"分别为风力发电机输出的三相电流和机端三相电压.f.咖为可消谐励磁调节装置的三相输出电
8、流.(为需要提供的励磁电流,(为需要满足直流母线稳定的有功损耗电流值,r为计算所得到的滞环比较参考电流.可消谐励磁调节装置的控制需要与变频器协调进行,主要控制算法包括5个部分.2.1直流侧电压控制通过控制使电源侧向电容注入适当的能量,以补偿电力电子器件开断所消耗能量的损耗,维持直流侧电压的稳定n.实际补偿装置存在的损耗功率在一个周期内的积分不为零,会引起电容电压周期值的变
