变频器在风力发电机组中的应用研究

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1、变频器在风力发电机组中的应用研究　　随着生产生活中用电量的日益增加，风力发电机组的运行规模也越来越大。风电机组规模的扩大给风力发电机组的稳定运行带来了一些技术难题，其中比较常见的就是发电机组的输出功率问题。电网中传输的功率往往需要控制在比较稳定的范围内，这就需要风力发电机组具有稳定的运行速率。但是在自然环境中，风力强弱并不是固定不变的，而是随其他因素的微小变化而时刻变化的，进而干扰风力发电机的稳步运行，使得发电机组中稳定输出功率的控制表现出一定的难度。将变频器用于风力发电机组中，可以很好的解决这一技术难题，使风力发电机的运行速率保持稳定，从而输出稳定的功

2、率。　　一、变频器在风力发电机组中的工作原理及不同的工作方式　　1.变频器的工作原理。风力发电机在运行的过程中，将其定子直接接入电力传输网络，而转子通过变频器并入电力传输网络。只要保证定子的转速不变，即可保证稳定的电网输入功率。当风力和风速发生变化时，转子会随之改变运行速度，此时势必会干扰定子的运行速度，可以通过调节转子的励磁电流的交直流情况及频率快慢情况来控制定子的稳速运行。而转子的电流输入状况可以通过其后级的变频器来控制。一般变频器可以调节转子输入电流的频率，使定子的电流输入频率满足使用的电流工频，同时可以清除输入电流中的一些干扰电流，对电网系统中的

3、过电压现象进行控制和保护。正是基于变频器的这些工作原理，使得变频器在风力发电机组中得到了广泛应用。　　2.变频器在风力发电机组中的工作方式。风力发电机组中的发电机大部分是异步型的，为了调节发电机的运行状态，使其与电网运行系统保持一致，变频器的使用使必然的也是不可忽视的。目前在一般风力发电机组的运行中，变频器主要存在以下三种工作方式：　　（1）双馈异步发电机运行于亚同步速度的工作状态。（2）双馈异步发电机运行于超同步速度的工作状态。所谓的超同步速度是指运行速度大于需求速度的情况，当外部风力的强度使得风力发电机转子的运行速度超过正常的需求运行速度时，即为超同

4、步阶段。此时，过大的转子运行速度会使转子的输入电流过大，进而威胁系统的输入功率的稳定性。通过变频器可以提供反向的励磁交流电流来抵消部分转子输入电流，使得最终进入系统的电流强度控制在稳定的范围内，保证风力发电机组的稳步运行。（3）双馈异步发电机运行于同步速度的工作状态。当外部风力控制下转子的运行速度达到系统需求的运行速度，且没有超过系统的同步运行速度时，变频器不需要改变转子的输入电流，此时可以只输入直流电流，将交流成分降为0。这也就是正常情况下的稳步运行状态，此时输入功率即为正常的输入功率。　　二、变频器在风力发电机中的应用　　1.变频器在调节风力发电机组

5、中定子转速中的应用。变频器在风力发电机组中的应用主要表现在对发电机定子运行速度的控制上，上文中提到的变频器的三种工作方式中，正是通过对变频器的定值设定，使用反馈系统来监测系统中的运行情况，从而通过变频器的电流频率调节来控制定子转速的。一般需要调高或者调低发电机定子的运行速度时，系统中速度反馈或者功率反馈就会对变频器的控制状态进行调节，使其输入反向或者正向的相应频率的励磁交流电流来改变系统状态，使系统保持稳定。变频器的调速过程具有高效精确的特点，被普遍应用在风力发电机组系统的运行控制上。　　2.变频器在发电机组并网控制过程中的应用。风力发电机组要并入电网中

6、，需要满足一定的条件，但是在实际中，风力发电机的运行受到一些外界因素的干扰，在并入电网之前并不能保证其运行频率域电网中的频率保持一致，也不能保证电流电压的输入值和相位变化与电网系统中的协调，因此，必须通过一些调节控制使它们达到一致，否则会对风力发电机组中的设备造成严重损害。而变频器的使用，可以满足这一要求，使发电机满足并网要求，大大降低了并网风险。　　3.变频器可以调节无功功率、实现滤波和过电压保护。无功功率的调节一般通过改变电流电压的相位来实施，变频器不仅可以调节电流电压的数值，同样在其相位调节中也具有不可忽视的重要作用。另外，风力发电机输入的电流中含

7、有很多干扰电流，通过变频器可以过滤掉这些干扰电流，使得电网正常稳定的运行。而且在过电压保护方向，变频器也发挥了重要作用，其内部的Crowbar电路可以根据电网运行中出现的电压故障，调节回路中的阻值，从而缓解电压过大造成的电流增大过多的情况，使得一些电力仪器不至于因为电流的大幅度增大而烧毁。　　三、变频器在风力发电机组中的应用优点　　在风力发电机组中对定子转速控制的过程中，变频器只需要提供转子转速与额定转速的差值转速即可实现对发电机的调速作用，因此所使用的功率较小，变频器的电流和电压的承载量不需要太大，这在一定程度上降低了变频器的制作难度和制作成本。此外，

8、采用变频器对发电机组中的输入电流进行控制，可以很好的排除干扰电流对系统的影响，使