双馈感应风力发电机调速控制系统的研究.pdfVIP

絮慧；豢# 实验技术与管理 v01．20N0·62003 双馈感应风力发电机调速 控制系统的研究 鲁亿方，徐银梅，李健，王尚君 (北京科技大学信息学院，北京100083) 摘要：本文讨论了低成本宽范围双馈感应风力发电机调速控制系统，根据数学模型导出矢 量控制系统，讨论了3种四象限功率变换器。 关键词：双馈感应发电机；矢量控制；涮速；风力机 中圈分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1002—4956(2003)06—0077—06 调速风力发电机组有时也称为变速恒频风力发电机组，发电机主轴转速可调，发电机 与电网并网，发电频率为电网频率。与恒速风力发电机组相比，调速风力机的优越性在 于：低风速时它能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速 时，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳…；使桨距控制简 单，控制发电机转速可使桨距控制时间常数变得长一些，降低桨距控制的复杂程度和峰值 功率要求，在低风速时通常保持桨距角不变，在高风速时桨距角仅完成限制最大输出功 率：减少机械应力，阵风可被吸收，也就是风能储存在风力机机械惯性中，减少力矩冲击； 由于低功率的低速运行减少了噪音。另外，调速风力机具有离网运行的能力，对于恒速风 力机离网运行是困难的。因而在更大容量上，调速风力机将取代恒速风力机而成为风力 发电机组的主力机型。 1四象限功率变换器 凋速风力机的功率变换器要求能四象限运行，四象限功率变换器主要有3种类型，即 交——交循环交流器、矩阵型变换器(MC)和PWM整流PWM逆变的交——直——交变 换器。交——交循环变流器属于相控变换器，输入输出电压中含有大量的谐波，输入侧功 率因数也很低，对电网和发电机均造成严重的谐波污染和负面效应。 影响MC发展的应用技术主要有3点：换流技术、最大输出电压能力及输入滤波”131。 换流是指从一个开关导通转换到另一个开关导通的过程，由于NC输入侧接有滤波电容， 在换流过程中叉不允许存在两个开关同时导通的现象，否则将导致两个开关短路，一个大 的电容电流流过开关器件。另一方面，由于负载中存在电感，所以在换流过程中不允许存 在两个开关器件均不导通的时间，否则电感将感应出大尖峰电压加到开关器件。换流即 收稿日期：2003—04—17 作者简介：鲁亿方(1961一)，男，工程师，实验室主任 实验技术与管理 不允许存在量叠+又／fi允许存在间隙，实现起来很困难。MC的最大输出电压能力是其最 大输出电压与输入电源电压之比，其最大为o．87。由于MC的输入电流是阶梯形方波，两 供电电源巾总是含有感性内抗，所以存MC输入端必须接滤波电容，构成LC输入滤波单 元，以减少MC对电网的影响。输入滤波电容是交流电容，并要承受开关频率的交流电 源，体积并小小。图l示m了感应电机拖动的Mc。 图1 MC感应电机拖动 BT，如图2所示。它有较理想的性能：电网侧和电机侧电流均为正弦波；电网侧功率因数 正负可调或为1，完全消除对电网的影响；在电网电压波动时，仍可维护直流母线电压基 本不变，VSC可正常工作；在电网故障、电压突然消失时，仍能保证设备安全。VSC性能 良好，宅不仅解决了四象限运行问题，而且不影响电网。 图2 VSC感应电机拖动 2双馈感应发电机调速风电机组 调速风力机的一种方式为通过VSC直接并人电网，如图3所示，采用同步或鼠笼异 步发电机，产生变化频率的交流电能，通过VCS把这一变化频率的交流电变换为恒定频 烈馈感应风力发电机凋速控制系统的研究 牢(电网频率)的交流电送人电网。它的缺点为：功率变换器容量‘i发电机容量相同并且 网侧滤波器较大。 图3直接并网型凋速风电机组 图4示出了一种调速风电机组，发电机为双馈感应发电机(DFIG)，功率变换器采用 VSC。它的优点为①降低了变换器的成本，典型的VSC容量为总机组容量的25％。并且 调速发电机的调速范围为发电机额定同步转速的33．3％。②降低了VSC的网侧滤波器 的价格，其容量只为总机组容量的25％。③总输出功率因数可调，输出电流为正弦。