變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組,變速,恒頻雙饋,風(fēng)力,發(fā)電,機組 關(guān)于變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組無功輸出能力研究的文獻綜述 前言 最近二十年，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，兆瓦級變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組在風(fēng)力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用，目前已成為世界各國風(fēng)力發(fā)電廠的主流機型?！?】 所謂雙饋就是發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子都可以饋電的一種方式，而饋電一般是指電能的有方向傳送。采用變速恒頻雙饋風(fēng)電機組，風(fēng)力機可以根據(jù)不同的工況變速運行，實現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤，工作效率高。雙饋型發(fā)電機的最大特點是在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)進行交流勵磁，發(fā)電系統(tǒng)可根據(jù)風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速變化調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率，實現(xiàn)恒頻輸出；通過改變勵磁電流的幅值和相位實現(xiàn)發(fā)電機有功、無功功率的獨立調(diào)節(jié)?！?-4】雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定子和電網(wǎng)直接相連接，轉(zhuǎn)子和功率變換器相連接，通過變換器的功率僅僅是轉(zhuǎn)差功率，這是各種傳動系統(tǒng)中效率比較高的，該結(jié)構(gòu)適合于調(diào)速范圍不寬的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)?；谝陨蟽?yōu)點，交流勵磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(AEVSCF)研究備受關(guān)注。 本文主要是就變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的變頻器的控制策略與其無功輸出能力關(guān)系進行研究。 一、變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組控制策略的研究現(xiàn)狀 1變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓撲 采用繞線異步電機作為發(fā)電機并對其轉(zhuǎn)子電流進行控制，是變速恒頻異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要實現(xiàn)形式之一，可控電源的實現(xiàn)方法通常是采用交—交變頻器或交—直—交變頻器。 傳統(tǒng)交—直—交變頻器的缺點是直流回路需要大容量的儲能元件，輸出功率因數(shù)低。而交—交變頻器（或稱為循環(huán)變流器）沒有中間的直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲能元件，但缺點是電路復(fù)雜，需要的電力電子器件較多，控制也比較復(fù)雜。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，采用脈寬調(diào)制（PWM） 控制方式的交—直—交變頻器能夠很好地克服上述兩種傳統(tǒng)變頻器的缺點，并在近年來的國內(nèi)外工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?！?】 2基本控制算法 交流勵磁結(jié)構(gòu)即雙饋變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，在其發(fā)展過程中出現(xiàn)了很多控制策略，主要包括矢量控制、標量控制以及直接功率控制等。 二、變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組無功功率特性的研究 過去采用的恒速恒頻發(fā)電機存在風(fēng)能利用低、需要無功補償裝置、輸出功率不可控、葉片特性要求高等不足，成為制約并網(wǎng)風(fēng)電場容量和規(guī)模的嚴重障礙。變速恒頻發(fā)電是二十世紀70年代中后期逐漸發(fā)展起來的一種新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的大小、頻率和相位、或變槳距控制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳葉尖速比，進而實現(xiàn)追求風(fēng)能最大轉(zhuǎn)換效率；因此可以大大提高風(fēng)電場并網(wǎng)的穩(wěn)定性。【6】盡管變速系統(tǒng)與恒速系統(tǒng)相比，風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置中的電力電子部分比較復(fù)雜和昂貴，但成本在大型風(fēng)電機組中所占比并不大，因而發(fā)展變速恒頻技術(shù)和控制理論技術(shù)將是今后風(fēng)力發(fā)電的必然趨勢【7】。 目前雙饋異步風(fēng)電機組大多是基于=1的恒定功率因數(shù)方式運行，而未能根據(jù)電網(wǎng)運行要求運用其無功調(diào)節(jié)能力，如何充分利用雙饋異步風(fēng)電機組的靈活調(diào)控能力來控制其無功輸出能力已經(jīng)成為雙饋異步風(fēng)電機組聯(lián)網(wǎng)運行控制研究領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。文獻【8-9】在雙饋異步風(fēng)電機組的無功調(diào)節(jié)范圍方面做了有益的嘗試，文獻【8】在考慮變流器電源限制的條件下，分析了雙饋異步風(fēng)電機組的無功調(diào)節(jié)范圍。文獻【9】在考慮轉(zhuǎn)子變流器電流、電壓、定子變換等因素的約束下，從理論上分析了雙饋風(fēng)電機組的無功調(diào)節(jié)范圍。 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組與恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組相比，有顯著的優(yōu)越性：低風(fēng)速時它能根據(jù)風(fēng)速變化，在運行中保持最佳尖速比以獲得最大風(fēng)能【10】；高風(fēng)速時利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，存儲或釋放部分能量，提高傳動系統(tǒng)的柔性，使有功功率輸出更加平穩(wěn)。同時，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制，具有一定的無功功率吸收和輸出能力，不但可以作為有功電源向電網(wǎng)發(fā)出電能，也可以作為無功電源向穩(wěn)定電網(wǎng)電壓或?qū)ο噜徲脩魺o功消耗起到無功補償作用【11】。所以，通過變頻器的控制策略，計算不同風(fēng)速下變速恒頻風(fēng)電機組的無功功率極限，對于選擇雙饋風(fēng)電機組無功控制策略，確定變速恒頻風(fēng)電機組的無功功率控制的整定值具有重要意義。因此，對雙饋風(fēng)電機組的有功無功功率調(diào)控能力研究一直是人們比較關(guān)注的一個方面。 三、總結(jié) 風(fēng)電機組的無功功率調(diào)整能力有助于電網(wǎng)電壓穩(wěn)定和風(fēng)電機組本身的穩(wěn)定運行，但是對于機組控制性能也提出了更高的要求。除了考慮風(fēng)電機組本身的特殊設(shè)計和容量外，還需要考慮變壓器和電纜等能量傳輸設(shè)備的容量和風(fēng)電場的控制能力【12】。雖然風(fēng)電場配電站一般都具有有載調(diào)壓、補償電容組，但從控制速度和控制效果而言，對風(fēng)電機組進行無功調(diào)整，對于電壓穩(wěn)定的影響是最直接的，因此風(fēng)電場的調(diào)控設(shè)備是從總體上保證對電網(wǎng)輸出的電能質(zhì)量【13】。如果在局部電網(wǎng)中，風(fēng)電的比例較高，那么對于對于風(fēng)電場的動態(tài)調(diào)控和在緊急情況下處理能力的要求將成倍提高。也就是說，不僅風(fēng)電機組根據(jù)測量到的電網(wǎng)參數(shù)和本身的運行參數(shù)做出相應(yīng)的控制，而且風(fēng)電機組接受遠方控制中心調(diào)度，做出有功功率和無功功率調(diào)整【14】。為此，本文基于頻器的控制策略并基于定子磁場旋轉(zhuǎn)坐標系統(tǒng)下的變速恒頻風(fēng)電機組電氣控制部分的控制策略并設(shè)計了相應(yīng)的變頻器【15】。 同時基于MATLAB軟件建立變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的仿真模型，針對提出的控制策略對變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)運行特性進行了仿真研究，研究該控制策略的合理性及控制器設(shè)計的有效性，使雙饋發(fā)電機在保證有功輸出的情況下能夠有效地調(diào)節(jié)無功功率， 保證變速恒頻風(fēng)電機組的穩(wěn)定運行。 參考文獻 [1]陳國呈．PWM 變頻調(diào)速及軟開關(guān)電力變換技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001． [2]Uctug M Y， Eskandarzadeh I， Inca H． Modeling and output power optimization of a wind turbine driven double output 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