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型风力发电:
指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。
单机容量一般在数
百kW及MW。
并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑,大功率风
电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式,是当今世界利用风能的主
要方式。
小型风力发电系统经常与其他能源混合发电,又可称之为“混合电力系统”。
1)一种是传统的直流混合系统,如图6所示。
小型风力机输出的交流频率
和电压可变的交流电,经过整流后输送到电池组电压等级的直流母线。
能量存储
压器直接连接电网的恒速风
机,如图8所示,双绕组风机也可归于此类。
因为鼠笼式感应电机需要从电网吸
收无功功率,所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿,使用软启动器
可以获得平稳的电网电压。
此类型的缺点是不支持速度控制,需要刚性电网支持,
机械承受应力大。
该类型还具体包括三种类型:
(1)失速控制型。
该机型在上世纪80~90年代被许多丹麦风力机制造商采用。
特点:
简单、坚固、耐用。
不能实现辅助启动,无法控制风力机的功率。
(2)桨距控制型。
优点是可控功率,可控启动和紧急停车。
缺点:
高风速时很
小的风俗变化也会导致很大的输出功率波动。
桨叶调节能补偿份额的缓慢
变化,但阵风情况不能补偿。
(3)主动失速控制型。
低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风力机,高风速时、
使桨叶进入深度失速状态。
优点:
能够获得更平稳的有限功率,不会出现
桨距控制型风力机的高功率波动。
2)B型:
有限变速
指可变转子电阻的有限变速风力机,如图9所示。
OptiSlipTM,该技术是Vestas
公司在20世纪90年代中期开始使用。
使用绕线感应发电机(WRIG)直接并网;
同样需要电容器组进行无功功率补偿,使用软起动器并网。
由于转子电阻可变使
得转差率可变,因此系统的功率输出史克栋,可变转子电阻的大小决定动态速度
控制的范围。
3)C型:
变速含部分功率变频器
此类型主要指双馈式感应发电机(DFIG),如图10所示。
是含绕线转子感应
发电机(WRIG)和转子电路中部分功率变频器(额定值约为标称发电机功率的
30%)。
双馈发电机结构类似于三相绕线式异步感应电机,具有定、转子两套绕
组,定子绕组并网,转子绕组外接三相转差频率变频器实现交流励磁。
部分功率
变频器用来进行无功功率补偿。
双馈发电机是指,在控制中发电机的定、转子都
参与了励磁,并且定、转子两侧都有能量的馈送。
1允许发电机在同步速上下30%范围内运行,转子励磁调频。
2简化调整转置,提高运行效率。
变频器仅需对转子功率进行变频控制,而转子功率约为总功率的20%~30%,故变频器功率小,变频损耗小,变频器成本低,控制系统体积小
3良好的稳定性及转速适应能力:
在定子电源频率一定时,通过改变转子励磁频率就可以实现对转速的调节,发电机的运行转速既可高于同步转速,也可低于同步转速,有利于系统最大限度捕获风能。
4变频控制灵活,具有良好的调节特性:
通过调节转子绕组的频率、相位、幅值和相序,可以较为方便、平滑地控制发电机有功、无功、功率因数等,使其具有良好的动态和暂态特性,实现有功和无功的解耦控制
1必须用齿轮箱,维护不方便,噪声污染
2需要采用双向变频器,变速恒频控制回路多,控制技术复杂,维护成本高;
3电机转子有集电环、电刷、且须定期维护、检修或更换。
4)D型:
变速全功率变频器型
此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风力机。
发电机主要有绕线
转子同步风力发电机(WRSG)或永磁同步发电机(PMSG),结构图如图11所示。
其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱,此时需要直驱多级发电机,其直
径较大。
直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为:
(1)不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型
DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的范围内,使得
逆变器的输入电压稳定,增大了逆变器的调制深度范围、提高运行效率、减小谐
波。
同时,boost电路还可以控制永磁发电机转矩和转速,提高了性价比。
(2)背靠背双PWM变流器型
电机侧变流器通过调节定子侧的d轴,可以控制发电机的无功功率为零;
调
节q轴电流,可以控制发电机的电磁转矩和转速,使转速跟踪参考转速,保持风
力机处于最佳叶尖速比,在额定风速以下捕获最大风能:
电网侧变流器可以维持
直流侧电压恒定,通过调节网侧的d轴和q轴电流,可以对网侧变流器输出到电
网的有功和无功功率进行解藕控制,方便调节系统的功率因数。
后者中的PWM整流器可以同时实现整流和升压作用,所以效率较高,
通过电流隔离,计策和网侧可以实现各自的控制策略。
全控型器件数量增多,控制电路也较复杂,增加了变流系统成本,性
价比不如不控整流+DC-DC升压+PWM逆变器
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