【滑線電阻器】變頻技術變速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用

一、引言

中國的風能資源十分豐富，目前已經探明的風能儲量約為3226GW，其中可利用風能約為253GW，主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。根據統(tǒng)計，截至到2006年底，中國大陸地區(qū)已建成并網型風電場91座，累計運行風力發(fā)電機組3311臺，總容量達259.9萬kW（以完成整機吊裝作為統(tǒng)計依據）。已經建成并網發(fā)電的風場主要分布在新疆、內蒙、廣東、浙江、遼寧等16個省區(qū)。根據電監(jiān)會公布的數(shù)據，截至2006年底,中國發(fā)電裝機容量達到62200萬kW，風力發(fā)電占全國總裝機容量的0.42%。截至到2006年底，*總風電裝機容量已經達到7390.4萬kW，其中德國總裝機容量2062.2萬kW，位居世界*，中國2006年風電新增裝機容量僅次于美國、德國、印度和西班牙，列第五位;總裝機容量列*六位。因此，風力發(fā)電將成為我國大規(guī)模開發(fā)前景的新能源之一。

風力發(fā)電系統(tǒng)主要有恒速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)和變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)兩大類。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發(fā)電機，通過定槳距失速控制的風輪機使發(fā)電機的轉速保持在恒定的數(shù)值繼而保證發(fā)電機端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運行范圍比較窄，只能在一定風速下捕獲風能，發(fā)電效率較低。變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般采用永磁同步電機或者雙饋電機作為發(fā)電機，通過變槳距控制風輪使整個系統(tǒng)在很大的速度范圍內按照*的效率運行，是目前風力發(fā)電技術的發(fā)展方向。對于風機來說，其調速范圍一般在同步速的50%～150%之間，如果采用普通鼠籠異步電機系統(tǒng)或者永磁同步電機系統(tǒng)，變頻器的容量要求與所拖動的發(fā)電機容量相當，這是非常不經濟的。雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)定子和電網直接相連接，轉子和功率變換器相連接，通過變換器的功率僅僅是轉差功率，這是各種傳動系統(tǒng)中效率比較高的，該結構適合于調速范圍不寬的風力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風力發(fā)電系統(tǒng)。

本文將從變速恒頻異步風力系統(tǒng)的拓撲結構及其控制技術兩個方面對變頻技術在風力發(fā)電中的應用進行綜述，以反映變頻技術在風力發(fā)電中的發(fā)展情況。

二、變速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)拓撲

采用繞線異步電機作為發(fā)電機并對其轉子電流進行控制，是變速恒頻異步風力發(fā)電系統(tǒng)的主要實現(xiàn)形式之一。主要的拓撲結構包括交流勵磁控制，轉子斬波調阻以及由上述兩種拓撲結構結合發(fā)展而來的混合結構。

1.交流勵磁結構

交流勵磁控制通過變頻裝置向轉子提供三相滑差頻率的電流進行勵磁，這種方式的變頻裝置通常使用交交變頻器，矩陣變換器或交直交變頻器。

交交變頻器采用晶閘管自然換流方式，工作穩(wěn)定，可靠，適合作為雙饋電機轉子繞組的變頻器電源，交交變頻的zui高輸出頻率是電網頻率的1/3-1/2，在大功率低頻范圍有很大的優(yōu)勢。交交變頻沒有直流環(huán)節(jié)，變頻效率高，主回路簡單，不含直流電路及濾波部分，與電源之間無功功率處理以及有功功率回饋容易。雖然交交變頻雙饋系統(tǒng)得到了普遍的應用，但因其功率因數(shù)低，高次諧波多，輸出頻率低，變化范圍窄，使用元件數(shù)量多使之應用受到了一定的限制。
 

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