《风力发电机组中双馈变频系统的工况分析》.pdf

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1、2015年6月内蒙古科技与经济June2015第1I期总第333期InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyNo.11TotalNo.333风力发电机组中双馈变频系统的工况分析程明杰(1.酒泉职业技术学院甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室;2.酒泉新能源研究院,甘肃酒泉735000)摘要:风力发电装机容量逐年增加,对电网的影响越来越不可忽视。本文介绍了双馈异步发电机组中的变流系统的工作原理,并对其在次同步、同步、超同步状态下按照功率流向分析了5种工况,最后分析了双馈异步风力发电机变流控制系统的特性。关键词:风与动力技术;双馈异步发;变流器;同步;亚

2、同步;超同步中图分类号:TM315文献标识码:A文章编号:1OO7—6921(2015)O9一oo68一O2大容量风力发电机主要采用双馈异步发电机和n2一snl,所以,必须通过功率变换器(PowerCon—同步发电机两大类,每类发电机有不同类型的变流verterUnit—CU)对不同频率的功率进行能量变系统。两种变流系统性能各有优劣。直驱型风力发换。对于双馈系统来说,CU应该由双向变频器构电机与风轮之间直接连接,无需升速齿轮箱,其所采成,以实现功率的双向传递。用的电力电子变流电路为全功率变流系统,可以实2双馈调速系统的运行工况现有功功率控制,实现最大功率点跟踪,但因变流系忽略机械损

3、耗和杂散损耗时,异步发电机在任统的容量和发电机容量相同,这既增加了成本又有何工况下的功率关系都可写作:高频电流谐波注入电网。相对直驱式发电机,双馈P:=:sPq-(1一s)P(1)异步发电机变流系统容量小,所对应的优势有:转子式中:P:从发电机定子传人转子(或由转子传出给侧只处理转差能量,降低了变流系统成本。可以独定子)的电磁功率。立调节发电机有功功率和无功功率,改善了机组和sP:输入或输出转子电路的功率,即转差功电网的特性。因此,研究和分析双馈异步发电机运率,行工况有着非常重要的意义。(1一sP):发电机轴上输出或输入的功率。1双馈发电机原理由于转子物理转速不同,s和P都可变化,

4、因双馈异步发电机本质上是同步发电机,是指把而可以有5种工作情况。发电机的定子绕组与交流电网连接,转子绕组通过2.1发电机在次同步转速下作电动运行双向变流器也与电网连接,两者都可以与电网实现2.1.1工作条件。转子加上与ER0相反的电动势功率流动。发电机的工况不同,功率的流向也不同。一E(1一E1

5、结构上看,相当于转子绕组回路中附加一个交流励磁电源。因为转子电动势与电流的频率由转速决定,即图2次同步速电动状态收稿日期:2015—04—18基金项目:甘肃省科技计划资助项目(项目编号:13O9RTSFO43);甘肃省科技创新平台专项资助项目(项目编号144JTCF256)。·68·程明杰·风力发电机组中双馈变频系统的工况分析2015年第11期2.2发电机在反转时制动运行2.4.2运行工况。发电机的输出功率由转子输出2.2.1工作条件。转子轴与齿轮箱链接作为负载,电功率和定子电功率输出两部分合成,发电机此时此时逐渐增大一Edd值,使IEddl>E。处于定子转子双输入状态,其输出功率

6、超过额定功2.2.2运行工况。发电机转差率s>1,此时由发率。电机定子吸收电网功率和由转轴输入发电机轴的功功率流程如图5所示。率合成转差功率,同时从转子侧馈送至电网,功率关系可改写成:P+l(1一S)IP一sP(2)—l功率流程如图3所示。0图5超同步速电动状态2.5发电机在次同步转速下作回馈制动运行2.5.1工作条件。设发电机原在低于同步转速下作电动运行,其转子侧已加入一定的一E。现若增图3反转倒拉制动状态大l—EaaI值,并使I—EddJ大于此时的sEro,发电机2.3发电机在超同步转速下作回馈制动运行进入制动状态。2.3.1工作条件。风力机超过额定速度,输出额外2.5.2运行

7、工况。在低于同步转速下作运行,机械能作用在发电机轴上,使得发电机能在超过其I—E“I>sE,发电机定子侧输出功率给电网。功同步转速n的情况下运行。率流程如图6所示。2.3.2运行工况。发电机处在发电状态工作,s<0,发电机转子吸收功率输入,经过CU分别从双馈异步发电机定子侧与转子侧馈送至电网。此时功率关系可改写成:lP1+IsPI—l(1一s)lP(3)功率流程如图4所示。070图6次同步速回馈制动状态5种212况都是异步发电机转子加入附加电动势时的运行状态。在工况图

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