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为改善风力发电机组对电网电压的支撑和故障穿越能力,提出了基于电磁耦合器调速的新型风电机组。在其传动链中,电磁耦合器的两端分别与变速齿轮箱的高速轴和恒速同步发电机的输入轴连接,两个轴系之间的转速差由电磁耦合器及变频器控制。基于电磁耦合器的工作原理,分析了风力机和电磁耦合器的转矩特性,提出了电磁耦合器的设计方法,在Matlab/simulink平台上搭建了整个系统的仿真模型,并完成了系统并网运行时的稳态性能仿真。结果表明:基于电磁耦合器调速的风电机组只需配备机组功率15%左右功率容量的电磁耦合器和变频器即可实
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ISSN
1000-0054
清华大学学报(自然科学版)
2011
年第
51
卷第
3
期
15/28
361-366
CN
11-2223/N
]
Tsinghua
Univ
(Sci
&.
Tech).
2011.
Vo
l.
5
1,
No.3
基于电磁搞合器调速的新变速恒频风力发电机组
陈基和
周强明
柴建云
毕大强 孙旭东
刘
卫
2
(1.清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,北京
100084;
2.
国电联合动力技术有限公司风电设备及系统技术国家重点实验室,北京
100039)
摘
要:为改善风力发电机组对电网电压的支撑和故障穿
越能力,提出了基于电磁糯合器调速的新型风电机组。在其
传动链中,电磁糯合器的两端分别与变速齿轮箱的高速轴和
恒速同步发电机的输入轴连接,两个轴系之间的转速差由电
磁糯合器及变频器控制。基于电磁糯合器的工作原理,分析
了风力机和电磁糯合器的转矩特性,提出了电磁糯合器的设
计方法,在
Matlab/
simulink
平台上搭建了整个系统的仿真
模型,并完成了系统并网运行时的稳态性能仿真。结果表
明
z
基于电磁糯合器调速的风电机组只需配备机组功率
15%
左右功率容量的电磁糯合器和变频器即可实现变速恒
频运行,而且该类风电机组具有与常规火力发电机组相似的
电网支撑和故障穿越能力。
关键词:风力发电机组
F
电压支撑;故障穿越
F
电磁糯合
器;变速恒频
(VSCF)
中图分类号:
TM
614
文献标志码
:A
文章编号:
1000-0054(2011)03-0361-06
VSCF
wind turbine generator based on
an electromagnetic coupler
CH
Ef叫
Jihe
1
•
ZHOU
Qiangming
1
•
CHAI
Jianyun
1
•
81
Daqiang
1
•
SUN
Xudong
1
•
LlU
Wei'
(1.
State
Key
Laboratory
of
Control
and
Simulation
of
Power
System
and
Generation
Equipments.
Tsinghua University.
Beijing
100084.
China;
2.
State
Key
Laboratory
of
Wind
Power Generation Device
and
Systems. Guodian United Power Technology Company
Lt
d. •
Beijing
100039.
China)
Abstract:
A variable
speed
constant
frequency
(VSCF)
wind
turbine
system
based on an
electromagnetic
coupler
was developed to
improve
the
voltage
support
and
fault ride
through
of wind
turbine
systems.
The
shafts
on
the
two
sides of
the
electromagnetic
(EM)
coupler
are
connected
to
a variable
speed
gearbox
with
a
constant
speed
synchronous
generator.
with
the
speed
difference
between
the
two
shafts
regulated
by
the
EM
coupler
and
its
inverte
r.
The
EM
coupler
design is
based
on
the
EM
coupler
theory
and
analyses
of
the
torque
characteristics
of
the
wind
turbine
and
the
EM
couple
r.
The
system
was
simulated
in
the
Matlab/Simulink
platform
to
simulate
the
steady-state
performance
for
a
system
connected
with
the
grid.
The
results
show
that
the
VSCF
wind
turbine
system
works
well
with
an
EM
coupler
and
inverter
rating
of
about
15 % of full
power
and
the
generator
has
good grid
support
and
fault ride
through.
Key words: wind
turbine
generator;
voltage
supporting;
fault
ride
through;
electromagnetic
coupler;
variable speed
constant
frequency
(VSCF)
风能作为一种可再生清洁能源,受到世界各国
的重视。近
20
年来,风电技术取得了长足的进步。
风电机组的功率调节方式从定桨距失速调节转向变
桨距或主动失速调节,转速控制也从恒速运行发展
为变速运行。早期的定桨距恒速运行的风电机组功
率容量较小
[IJ
多采用笼型异步发电机直接并网;
而目前使用最为广泛的
MW
级变速恒频风电机组
则多为双馈型机组和永磁直驱型机组。双馈型机组
中,发电机的定子直接并网,转子则接变频器,以控
制转子电流并回收转差功率
[2];
永磁直驱型机组
中,发电机的定子接交直交变流器,将发电机输出的
全部功率经整流和逆变再馈入电网
[3J
。
伴随着风电装机规模的迅速扩大,上述风电机
组对电网适应性不足的弱点也日益凸显,特别是这
些机组在电网发生故障时纷纷自我保护,几乎没有
常规发电厂支撑电网电压和频率稳定的能力。即使
采用全功率变换接入电网,其支撑电网的能力仍远
逊于常规发电机组。为了解决这一问题,欧洲最近
提出了一种新型变速恒频风电机组阳,其工作原理
如图
1
所示。
该型机组使用一种被称作
Windrive[5
J
的液力
搞合调速装置,而发电机则被替换为常规同步发电
机。
Windrive
是一个由行星齿轮和液力变矩器组
收稿日期:
2010-04-02
基金项目
z
北京市科技计划项目
(D101104048910002)
作者简介
z
陈基和(1
961
一)
.男(汉)
.广东,副教授
a
E-mail:
chenjh@mai
l.
tsinghua.edu.cn
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weixin_38686557
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