变速风力发电机

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石家庄市风机通过齿轮箱与发电机相连，发电机定子通过全功率电力电子变换装置与电网相连，此种发电机可以是笼型异步发电机(SCIG)也可以是同步发电机(SG)，变速齿轮箱是按使得石家庄市风机转子最高转速对应发电机额定转速的原则而设计，此种类型的风力发电机称为带齿轮箱的全功率控制变速风力发电机。而对于同步发电机(SG)或者永磁同步发电机(PMSG)来说，其可以采用多对极方式，多对极发电机使得发电机的电角速度与电网角速度对应，这样一来就可以省掉齿轮箱，采用石家庄市风机直接驱动发电机的直驱型模式，如图1．3c所示。此种类型的风力发电机称为直驱式全功率控制变速风力发电机。以上两种类型的全功率控制风力发电机需要变流器容量较大(约为120％的额定容量)，但这一类型的风力发电机由于全功率变换装置的使用可以实现发电机与电网的完全解耦，从而较容易满足电网的要求，极大地增强了系统的可控性与鲁棒性。另外，直驱式全功率控制变速风力发电机可以省掉齿轮箱，如永磁同步直驱型风力发电机完全不需要齿轮箱，节约了机械变速机构的成本。因此，直驱式永磁同步发电机成为了MW级风力发电机的主流机型之一，如ENERCON生产的E．82、E．1 12等。绕线式双馈风力发电机(DFIG)如图1．3d所示，双馈电机定子直接与电网相连接，转子通过双向变流器与电网相连。这一类型的风力发电机的突出优点是变流器容量较小(通常为25～40％)，既能满足石家庄市风机调速范围的要求又降低了变流器的容量，具有较强的价格优势，又减低了电力电子变换装置的能量损耗，并且在采用适当的控制策略后它也能够满足电网对风力发电机的要求，如有功功率、频率控制、无功功率、电压控制等。因此此种风力发电机在1．5MW及以上的风力发电机市场中具有主导地位，如GE风能的1．5和3．6MW系列，VESTAS公司的V80．2MW和V l 20．4．5MW等。
1．3双馈风力发电系统前面介绍了各种变速风力发电机各自的特点，直驱式永磁同步风力发电机与绕线式双馈风力发电机以其优越的性能而脱颖而出，成为了当今风力发电市场中的两大主流机型。直驱式永磁同步风力发电机尽管具有诸多优点，然而全功率变换装置的应用，不仅增加了系统中电力电子装置的成本，·而且增加了电力电子变换装置能量转换的损失：况且随着多极永磁同步电机系统容量的增加，电机体积也越来越大，给风力发电系统的安装和维护带来了困难。而绕线式双馈风力发电机既能满足石家庄市风机调速范围的要求又降低了变流器的容量，具有较强的价格优势，又减低了电力电子变换装置的能量损耗，并且在采用适当的控制策略后它也能够满足电网对风力发电机的要求。因此，本文均以变速恒频双馈风力发电系统为例进行分析，下面我们具体介绍绕线式双馈风力发电系统。
1．3．1双馈风力发电系统概述变速恒频双馈风力发电系统结构如图1．4所示。系统主要有以下部分组成：风能捕获装置(石家庄市风机)、机械传动机构、双馈发电机组、背靠背变流器以及网侧变压器。可以看出，变速恒频双馈风力发电系统中背靠背变流器包括转子侧变流器与网侧变流器两部分组成，直流侧电容位于两个变流器之间，以保持直流6侧电压的稳定。转子侧变流器不但可以控制双馈电子的转矩与转速，而且可以控制双馈电子定子侧并网功率因数；网侧变流器的主要作用则是维持直流侧电压的稳定。从双馈电机转速一转矩特性曲线图1．5可以看出，双馈电机在同步转速烈的+Aco,速度范围内，既可以做电动运行，又可以做发电运行，双馈风力发电系统通常在±30％的同步转速的范围内实现有界的变速运行。