并网型定子双绕组感应风力发电系统的研究_施凯.pdf

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1、第34卷第9期太阳能学报Vol.34，No．92013年9月ACTAENEＲGIAESOLAＲISSINICASep．，2013文章编号:0254-0096(2013)09-1561-06并网型定子双绕组感应风力发电系统的研究1，2111施凯，黄文新，胡育文，卜飞飞(1．南京航空航天大学自动化学院，南京210016;2．江苏大学电气信息工程学院，镇江212013)摘要:针对能宽转速运行的定子双绕组感应发电机(DWIG)，建立一套能并网运行的风力发电实验系统。通过该系统，研究DWIG在宽风速范围内并网运行的控制

2、规律以及适用于DWIG风力发电系统的并网逆变器控制策略，为实现系统的最大功率追踪提供实验依据。另外，根据DWIG及其并网逆变器在控制策略上的特殊性，研究适用于该系统的最大功率追踪策略。实验证明了DWIG风力发电系统并网运行的可行性以及控制策略的有效性。关键词:风力发电;定子双绕组感应发电机;并网逆变器;最大功率追踪中图分类号:TM614文献标识码:A风力发电系统的实验平台，由模拟风力机、DWIG和0引言并网逆变器组成。通过该实验平台，测试DWIG和风力发电作为一种便于利用的可再生能源，以并网逆变器的运行性能，

3、在实验基础上验证文中提其自身的特点成为我国调整能源结构、增加能源产出的最大功率追踪策略，对进一步研究DWIG风力量的较好选择。有刷双馈和永磁直驱作为变速风力发电系统的并网运行特性以及未来的工程实践具有［1，2］发电系统的主要机型，已成为当前研究的重点。一定的指导意义。但面对我国西北风沙大以及未来海上风力发电的应1系统结构与工作原理用场合，这两种机型均有其各自的劣势。定子双绕组感应发电机作为一种新型的高功率密度发电机，1．1系统结构采用笼型转子，无电刷滑环。定子上两套绕组之间采用全功率变换器并网运行的DWIG风

4、力发电无电气连接，只通过磁路耦合，易实现高性能的控系统如图1所示。DWIG转子为标准笼型结构，定制，在变速变负载运行时易获得更好的动、静态性子上有两套三相绕组，一套为功率绕组，输出端接有［3～6］能。控制绕组侧的励磁变换器容量仅约为发电励磁电容、整流桥和滤波电容，另一套为控制绕组，［7～9］机额定容量的1/3，通过对励磁变换器的控制连接滤波电感和励磁变换器。DWIG采用直流母线可实现对系统无功功率的调节，保证系统输出稳定并联的结构，用二极管将控制侧励磁变换器的直流的高压直流。以上诸多优点使得DWIG若应用于风

5、母线与功率侧整流桥的直流母线并接。DWIG风力［9～11］力发电系统将具有很大的竞争优势。发电系统的直流侧输出与并网逆变器的输入直接相DWIG风力发电系统发电机侧输出电压在系统连，无任何升压和稳压装置，并网逆变器采用三相电前级已有控制闭环，因此系统配套的并网逆变器在压源型逆变器，逆变器的输出通过三相L型滤波器控制策略上将与同样输出直流电的永磁直驱系统不与电网相连。同，不存在电压外环，其并网逆变器的控制策略需作1．2发电机侧控制单独研究，进而整个系统的最大功率追踪也需作更进一步探讨。图1所示的DWIG风力发电系

6、统在低风速区采本文以DWIG为基础，建立一套并网型DWIG用维持发电机内部磁通不变的策略，利用电压泵升原理将控制侧变换器的直流母线电压泵升到指令电压，通过励磁变换器的直流母线输出电能，此时并联收稿日期:2011-07-26基金项目:国家高技术研究发展(863)计划(2008AA05Z411)通讯作者:施凯(1980—)，男，博士研究生、讲师，主要从事电机控制和风力发电技术方面的研究。shikai80614@163．com1178太阳能学报34卷图1并网运行的DWIG风力发电系统Fig．1Thegrid-con

7、nectedDWIGwindpowersystem两侧母线的二极管处于导通状态，功率侧的整流桥DWIG风力发电系统与其他系统相比具有特殊由于直流侧电压高于交流侧电压处于阻断状态。在性，发电机侧输出的直流电压已有闭环控制，其电压高风速区，功率绕组经整流后得到的直流电压达到波动由发电机侧的励磁变换器调节系统瞬时无功功指令值，并联的二极管关断，由励磁变换器和交流励率抑制，发电机侧输出电压为恒定高压直流，这为后磁电容向发电机共同提供所需的无功功率，发出的级的并网逆变器省去升压和稳压装置，因此系统的电能从功率侧整流桥直

8、流母线输出。通过励磁变换并网逆变器拓扑结构与其他风力发电系统相比更简器调节系统的瞬时有功和无功功率，使系统在宽风洁，不仅如此，控制上也不能采用直流电压外环电流速范围(目前实验结果可达1∶4转速范围)内均能内环的办法。输出稳定的高压直流。本系统中的并网逆变器采用功率外环电流内环1．3并网逆变器控制的双环控制，功率外环的给定由实测转速通过电机特性曲线和最大功率跟踪算法综合计算得出，功率风力发电系统使用的