CN102437590A - 一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统 - Google Patents

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雷威
王立群
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Abstract

本发明涉及一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统，其特征在于：所述控制系统发电机、发电机侧变流器、直流环节、网侧变流器、变压器。本发明具有最大限度的捕捉风能，较宽的转速运行范围，以适应由于风速变化引起的风力机转速的变化，提供良好的电力质量的优点。

Description

一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统
技术领域
本发明涉及风能发电，尤其涉及一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统的结构。
背景技术
风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求。
由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到了20世纪90年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场。变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风力发电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定。特别是解决了高次谐波与功率因数等问题后，使供电效率、质量有所提高。
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展。在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风电的频率与电网频率保持一致，即频率保持恒定。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机转速不变，从而得到恒频的电能；变速恒频指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，而通过其他控制方式来得到恒频电能。目前的控制方法是：当风速变化时通过调节发电机电磁力矩或风力机浆距角使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获。控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，利用风速测量值进行反馈控制，或电功率反馈控制。但在随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统，传统的控制方法会产生较大误差。因此近些年国内外都开展了这方面的研究。一些新的控制理论开始应用于风电机组控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有保证风力发电机组最大限度的捕捉风能，较宽的转速运行范围，以适应由于风速变化引起的风力机转速的变化，提供良好的电力质量的优点的一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统。
为实现上述目的，一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统，其特征在于：所述控制系统发电机、发电机侧变流器、直流环节、网侧变流器、变压器。
进一步的，所述的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分。
进一步的，所述双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分。
本发明具有积极的效果：采用本发明的最大优点是最大限度的捕捉风能。较宽的转速运行范围，以适应由于风速变化引起的风力机转速的变化。这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。
附图说明
图1是本发明所述的一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合图1对本发明作进一步说明。但本发明的内容不仅仅局限如此。
请参阅图1，符合本发明的一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统，所述控制系统包括发电机、发电机侧变流器、直流环节、网侧变流器、变压器。
所述变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分。
所述双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分。
所述控制系统具体控制内容有：当风速变化引起发电机转速n变化时，控制转子电流的频率f，可使定子频率∧恒定，即应满足
f1＝pfm±f2
式中f1——定子电流频率，与电网频率相同
fm——转子机械频率，fm＝n/60
p——电机的极对数
f2——转子电流频率
当发电机的转速n小于定子旋转磁场的转速n1时，即n＜n1.处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网，式取正号；当n＞，n1时，处于超同步状态，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，变频器的能量流向逆向，式取负号；当n＝n1时，处于同步状态，此时发电机作为同步电机运行，f2＝0，变频器向转子提供直流励磁。由式可知，当发电机的转速n变化时，即P/j.变化时，若控制/j相应变化，可使f保持恒定不变，即与电网频率保持一致，也就实现了变速恒频控制。
采用本发明的最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置。采用一定的控制策略(如矢量PWM)可灵活调节系统的有功和无功功率，对电网而言这种系统可起到功率因数补偿的作用。采用先进的PWM控制技术，可抑制谐波，减小开关损耗，提高效率，降低成本。这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。

Claims (3)

1.一种交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统，其特征在于：所述控制系统发电机、发电机侧变流器、直流环节、网侧变流器、变压器。
2.如权利要求1所述的交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统，其特征在于：变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分。
3.如权利要求1所述的交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统，其特征在于：双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分。
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PB01 Publication
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