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变速恒频异步风力发电系统中的变频技术.docx
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变速恒频异步风力发电系统中的变频技术.docx
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变频技术在变速恒频异步风力发电系统中的应用
中国的风能资源十分丰富,目前已经探明的风能储量约为 3226GW,其中可利用风能约为
253GW,主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿上。根据统计,
截至到 2006 年底,中国大陆地区已建成并网型风电场 91 座,累计运行风力发电机组 3311 台,
总容量达 259.9 万 kW(以完成整机吊装作为统计依据)。已经建成并网发电的风场主要分布
在新疆、内蒙、广东、浙江、辽宁等 16 个省区。根据电监会公布的数据,截至 2006 年底,中
国发电装机容量达到 62200 万 kW,风力发电占全国总装机容量的 0.42%。截至到 2006 年底,
全世界总风电装机容量已经达到 7390.4 万 kW,其中德国总装机容量 2062.2 万 kW,位居世界
第一,中国 2006 年风电新增装机容量仅次于美国、德国、印度和西班牙,列第五位;总装机
容量列世界第六位。因此,风力发电将成为我国最具大规模开发前景的新能源之一。
风力发电系统主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速
恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机,通过定桨距失速控制
的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定,
其运行范围比较窄,只能在一定风速下捕获风能,发电效率较低。变速恒频风力发电系统一
般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机,通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速
度范围内按照最佳的效率运行,是目前风力发电技术的发展方向。对于风机来说,其调速范
围一般在同步速的 50%~150%之间,如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同步电机系统,
变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当,这是非常不经济的。双馈异步风力发电系统
定子和电网直接相连接,转子和功率变换器相连接,通过变换器的功率仅仅是转差功率,这
是各种传动系统中效率比较高的,该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统,尤其是大、
中容量的风力发电系统。
本文将从变速恒频异步风力系统的拓扑结构及其控制技术两个方面对变频技术在风力发
电中的应用进行综述,以反映变频技术在风力发电中的发展情况。
二、变速恒频异步风力发电系统拓扑
采用绕线异步电机作为发电机并对其转子电流进行控制,是变速恒频异步风力发电系统
的主要实现形式之一。主要的拓扑结构包括交流励磁控制,转子斩波调阻以及由上述两种拓
扑结构结合发展而来的混合结构。
1.交流励磁结构
交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的电流进行励磁,这种方式的变频
装置通常使用交交变频器,矩阵变换器或交直交变频器。
交交变频器采用晶闸管自然换流方式,工作稳定,可靠,适合作为双馈电机转子绕组的
变频器电源,交交变频的最高输出频率是电网频率的 1/3-1/2,在大功率低频范围有很大的优
势。交交变频没有直流环节,变频效率高,主回路简单,不含直流电路及滤波部分,与电源
之间无功功率处理以及有功功率回馈容易。虽然交交变频双馈系统得到了普遍的应用,但因
其功率因数低,高次谐波多,输出频率低,变化范围窄,使用元件数量多使之应用受到了一
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南抖北快东卫
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