交流励磁变速恒频风力发电技术 100119

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1、交流励磁变速恒频风力发电技术浙江大学贺益康教授到2006年底，全球装机容量达到7422万kW。在最近的5年内，风力发电以约30％的增长率逐年递增。全球风力发电的概况风力发电的发展现况全球风电的总容量和年装机容量的变化情况风电机组单机容量的增长情况风力发电的发展现况现代化的风力发电，已不只是一台风力机和一台发电机的简单组合，而是一个高度集成了空气动力学、机械学、电机学、电力电子学、微电子学、计算机科学以及电力系统分析、继电保护技术、先进控制技术和数据通讯等各方面知识为一体的复杂的机电能量转换系统。风力发电技术的发展概

2、况发展趋势MW级单机容量的发电系统运行风力机的变桨距功率调节方式发电机的变速恒频发电方式风力机与发电机直接驱动方式从陆地到海洋拓展电网故障下风电系统的不间断运行方式风力发电技术的发展概况风力发电技术的分类定浆矩变浆矩恒速恒频变速恒频定浆矩恒速恒频定浆矩变速恒频变浆矩恒速恒频变浆矩变速恒频风力发电技术的发展概况变速恒频发电方式风力发电技术的发展概况优点提高能量转换效率(最大风能追踪控制)改善原动机运行状况，延长其工作寿命便于发电机的并网(“柔性”并网)类型全功率变换变速恒频风力发电系统转差功率变换变速恒频风力发电系统

3、全功率变换的变速恒频风力发电系统（含齿轮箱）风力发电技术的发展概况全功率变换的变速恒频风力发电系统（永磁直驱型）风力发电技术的发展概况转差功率变换（双馈异步发电机(DFIG)）变速恒频风力发电系统风力发电技术的发展概况关键技术研究变速恒频双馈发电技术P、Q解耦、最大风能追踪控制机理“柔性”并网控制技术变速恒频实现机理DFIG基本运行控制交流励磁电源电网故障下DFIG风电系统运行与控制变速恒频双馈风力发电对励磁电源的要求电网电压对称故障下DFIG风电系统不间断运行电网电压不对称故障下DFIG风电系统控制策略讨论VSC

4、F的实现机理DFIG运行控制恒定nmf2DFIG的优势转子励磁电流幅值、相位、频率均可调有功功率、无功功率均可调可实现变速恒频运行，适用于风力、潮汐等绿色发电领域可实现与电网的柔性并网，并网特性优良双馈异步发电机(DFIG)运行控制VSCF风力发电系统运行区域最大风能追踪机理并网控制区域风力机变浆矩运行，控制机组转速，同时对发电机进行并网控制转速控制最大风能追踪区域控制机组转速以追踪最大风能，风能系数保持恒定，为最佳值转速控制转速限制区域转速控制风力机变浆矩运行，控制机组转速为最高转速，防止转速越限。风力机变浆矩运

5、行，控制机组功率为最大功率，防止功率越限。功率控制功率限制区域额定风速风力机运行特性风力机输入风能，输出机械能。其输出功率为：其中Cp为风能转换系数，与叶尖速比λ、浆叶节距角β有关。λ＝ωwRw/v。风力机最佳功率为：最大风能追踪机理1.实现最大风能追踪，本质就是在风速发生变化时调节机组转速，保持最佳叶尖速比。2.实现最大风能追踪，可以通过风力机控制实现，也可以通过发电机控制实现。3.实现最大风能追踪，可以检测风速，也可以不检测风速。采用不需要检测风速、通过发电机功率控制实现最大风能追踪的方案。其原理是：通过控制发

6、电机输出功率来控制机组转速，以求在风速变化时保持最佳叶尖速比，实现最大风能追踪。最大风能追踪实现最大风能追踪机理DFIG的P、Q解耦矢量控制策略DFIG的控制目的：实现P、Q解耦控制，进而实现最大风能追踪将矢量变换技术移植到DFIG控制上，导出基于定子磁链定向的DFIG矢量控制策略。最大风能追踪机理须建立M-T同步旋转坐标系中DFIG数学模型定子电压方程:转子电压方程:定子磁链方程:转子磁链方程:转矩方程:运动方程:同步旋转坐标系中DFIG的数学模型DFIG的数学模型坐标变换DFIG运行控制DFIG的P、Q解耦矢量

7、控制策略在定子磁链定向下：其中最大风能追踪机理根据DFIG数学模型得定子磁链定向条件下转子电压方程为其中前者是分别与im2﹑it2具有一阶微分关系的解耦分量，后者为补偿分量。由此可设计出基于定子磁链定向的DFIG的P、Q解耦矢量控制策略。定子磁链定向下发电机的功率方程为定子磁链定向有功功率﹑无功功率分别与定子电流在m、t轴上的分量成正比，调节转矩电流分量it1和励磁电流分量im1可分别独立调节有功和无功功率。最大风能追踪机理最大风能追踪机理基于定子磁链定向的DFIG的P、Q解耦矢量控制最大风能追踪机理交流励磁变速恒

8、频风力发电实验系统结构图最大风能追踪捕获实验最大风能追踪机理实验装置P、Q解耦变速恒频运行实验结果P1=2000W,Q1=0VarP1=0W,Q1=3000VarP1=0W,Q1=-3000VarP1=2000W,Q1=3000Varnm=850r/min,各种输出情况下DFIG定子电压、电流最大风能追踪机理nm=850r/minnm=1000r/minnm