《风力发电机组中双馈变频系统的工况分析》.pdf

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1、2015年6月内蒙古科技与经济June2015第1I期总第333期InnerMongoliaScienceTechnology＆EconomyNo．11TotalNo．333风力发电机组中双馈变频系统的工况分析程明杰(1．酒泉职业技术学院甘肃省太阳能发电系统工程重点实验室；2．酒泉新能源研究院，甘肃酒泉735000)摘要：风力发电装机容量逐年增加，对电网的影响越来越不可忽视。本文介绍了双馈异步发电机组中的变流系统的工作原理，并对其在次同步、同步、超同步状态下按照功率流向分析了5种工况，最后分析了双馈异步风力发电机变流控制系统的特性。关键词：风与动力技术；双馈异步发；变流器；同步；亚

2、同步；超同步中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1OO7—6921(2015)O9一oo68一O2大容量风力发电机主要采用双馈异步发电机和n2一snl，所以，必须通过功率变换器(PowerCon—同步发电机两大类，每类发电机有不同类型的变流verterUnit—CU)对不同频率的功率进行能量变系统。两种变流系统性能各有优劣。直驱型风力发换。对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构电机与风轮之间直接连接，无需升速齿轮箱，其所采成，以实现功率的双向传递。用的电力电子变流电路为全功率变流系统，可以实2双馈调速系统的运行工况现有功功率控制，实现最大功率点跟踪，但因变流系忽略机械损

3、耗和杂散损耗时，异步发电机在任统的容量和发电机容量相同，这既增加了成本又有何工况下的功率关系都可写作：高频电流谐波注入电网。相对直驱式发电机，双馈P：=：sPq-(1一s)P(1)异步发电机变流系统容量小，所对应的优势有：转子式中：P：从发电机定子传人转子(或由转子传出给侧只处理转差能量，降低了变流系统成本。可以独定子)的电磁功率。立调节发电机有功功率和无功功率，改善了机组和sP：输入或输出转子电路的功率，即转差功电网的特性。因此，研究和分析双馈异步发电机运率，行工况有着非常重要的意义。(1一sP)：发电机轴上输出或输入的功率。1双馈发电机原理由于转子物理转速不同，s和P都可变化，

4、因双馈异步发电机本质上是同步发电机，是指把而可以有5种工作情况。发电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组通过2．1发电机在次同步转速下作电动运行双向变流器也与电网连接，两者都可以与电网实现2．1．1工作条件。转子加上与ER0相反的电动势功率流动。发电机的工况不同，功率的流向也不同。一E(1一E1

5、结构上看，相当于转子绕组回路中附加一个交流励磁电源。因为转子电动势与电流的频率由转速决定，即图2次同步速电动状态收稿日期：2015—04—18基金项目：甘肃省科技计划资助项目(项目编号：13O9RTSFO43)；甘肃省科技创新平台专项资助项目(项目编号144JTCF256)。·68·程明杰·风力发电机组中双馈变频系统的工况分析2015年第11期2．2发电机在反转时制动运行2．4．2运行工况。发电机的输出功率由转子输出2．2．1工作条件。转子轴与齿轮箱链接作为负载，电功率和定子电功率输出两部分合成，发电机此时此时逐渐增大一Edd值，使IEddl>E。处于定子转子双输入状态，其输出功率

6、超过额定功2．2．2运行工况。发电机转差率s>1，此时由发率。电机定子吸收电网功率和由转轴输入发电机轴的功功率流程如图5所示。率合成转差功率，同时从转子侧馈送至电网，功率关系可改写成：P+l(1一S)IP一sP(2)—l功率流程如图3所示。0图5超同步速电动状态2．5发电机在次同步转速下作回馈制动运行2．5．1工作条件。设发电机原在低于同步转速下作电动运行，其转子侧已加入一定的一E。现若增图3反转倒拉制动状态大l—EaaI值，并使I—EddJ大于此时的sEro，发电机2．3发电机在超同步转速下作回馈制动运行进入制动状态。2．3．1工作条件。风力机超过额定速度，输出额外2．5．2运行

7、工况。在低于同步转速下作运行，机械能作用在发电机轴上，使得发电机能在超过其I—E“I>sE，发电机定子侧输出功率给电网。功同步转速n的情况下运行。率流程如图6所示。2．3．2运行工况。发电机处在发电状态工作，s<0，发电机转子吸收功率输入，经过CU分别从双馈异步发电机定子侧与转子侧馈送至电网。此时功率关系可改写成：lP1+IsPI—l(1一s)lP(3)功率流程如图4所示。070图6次同步速回馈制动状态5种212况都是异步发电机转子加入附加电动势时的运行状态。在工况图