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1、无刷双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用电气传动 2005年 第35卷 第4期 无刷双馈电机在变速恒频风力发电X系统中的应用1222张志刚 王毅 黄守道 王耀南1.长沙大学 2.湖南大学 摘要:在总结各种风力发电系统的基础上,提出一种新型的变速恒频无刷双馈电机风力发电系统,并设计了初步的功率控制方案,进行了仿真研究。分析了该种风力发电系统的优势以及发展前景。关键词:无刷双馈电机 风力发电 变速恒频 功率控制TheApplicationStudyforBrushlessDoubly-fedMachineintheVariableSpeedConstantFrequencyGenera
2、tionSystemZhangZhigangWangYiHuangShoudaoWangYaonanAbstract:Basedonthesummarizationofkindsofwindgenerationsystems,thepaperpresentsanewvariablespeedconstantfrequencygenerationsystemusingbrushlessdoubly2fedmachine,thepowercontrolschemeisdesigned,computersimulationisstudied.Andanalysesthiswindgenera
3、tionsystem′ssuperiorityanditsfuturedevelopment.Keywords:brushlessdoubly2fedmachinewindgenerationvariablespeedconstantfrequencypowercontrol无刷双馈电机(Brushlessdoubly2fed1 引言machine简称BDFM)是在串极感应电机的基础近年来,资源的短缺和环境的日趋恶化,使世上发展起来的。其结构简单,坚固可靠,特别适用界各国开始重视开发和利用可再生、无污染的能于风力发电、变落差水力发电、潮汐发电等可再生源。自从20世纪80年代以来,风能的
4、利用主要趋能源的开发、利用。研究表明,变速恒频无刷双馈[2]势是风力发电,包括陆地风力发电和海洋风力发电机发电技术是当今世界风力发电的趋势。本电。许多新的风力发电系统不断提出,发电机包括文结合风力发电的特点,从BDFM的基本方程出异步发电机,同步发电机,磁阻电机等,但由于这发,推导出其功率数学模型,提出BDFM的有功些系统成本比较高,在增加风能捕获能力的同时,和无功功率控制策略,计算机仿真结果表明,本文要求系统增加更多成本,致使额外的捕获风能变提出的方案可以实现BDFM风力发电系统有功[1]得毫无意义。变速恒频发电技术在理论上是最和无功功率的独立控制。优化的一种调节方式,此方法可以在输
5、出功率低2 风力发电于额定功率之前效率达到最高,但由于恒频装置价格昂贵,使得这种技术只在德国,美国等国家大2.1 恒速与变速发电量使用,其他国家很少采用。因此在变速恒频发电目前风力发电多采用恒速恒频发电技术,风力中,减少系统成本是非常重要的。机转速不变,而风速经常变化,在输入变化的情况X湖南省自然科学基金项目资助(02JJY2089)61 电气传动 2005年 第35卷 第4期无刷双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用 下,风力发电机组只有很小的机会运行在最佳状态构复杂、成本高、不易于维护。下,也就是叶尖速率K不可能维持在最佳值,功率系开关磁阻发电机在一定程度上可以减少电机数Cp往往与
6、最大值相差很大,使风力机经常运行于造价、简化变频器,但是变频器容量仍然得不到有[3]低效率状态。功率系数Cp与叶尖速率K关系曲线效降低。即风力机的气动特性曲线如图1所示。近年来国内外比较关注的变速恒频发电方案是采用绕线转子异步电机作为发电机的交流励磁变速恒频风力发电系统。该方案除了可实现变速恒频控制,减小变频器的容量外(变频器容量占系统容量的50%左右),还可以实现有功、无功功率的灵活控制,对电网而言可起到无功补偿的作用。图1 风力机的气动特性曲线缺点是,绕线式异步电机仍然有滑环、电刷的存叶尖速率K可以表示为在,不适合运行于环境比较恶劣的场合,因此不仅K=vtöv(1)电机成本增大,维
7、护费用也加大了。式中:vt为叶尖线速度,mös;v为主导风速,mös。无刷双馈电机结构如图2所示,定子侧具有风力机从风中捕获的机械功率为两套极对数不同的绕组,极对数为pp的定子绕组3Pm=QSCpvö2(2)称为功率绕组,极对数为pc的定子绕组称为控制式中:Pm为风力机实际获得的轴功率,W;Q为空绕组,转子采用自行闭合的环路结构。两套定子绕32气密度,kgöm;S为风轮的扫风面积,m。组在电路和磁路方面是解耦的。从式(2)可见,在风速给定的情况
