變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)
王孝洪13，楊金明23，吳捷2t3
（1華南理工大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510640；2華南理工大學(xué)電力學(xué)院
廣東廣州510640；3廣東省綠色能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640）
摘要：對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)的****發(fā)展做了全面綜述。介紹了常用的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)~典型i~17~J及其優(yōu)l.r J1，并重點(diǎn)以直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，介紹了全功率變換器、雙脈寬調(diào)制( PWM)變換器、矩陣變換器等典型的功率變換技術(shù)及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用。另外，還介紹T轉(zhuǎn)子電流控制器等一些****的在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)巾應(yīng)用的電力電子變換技術(shù)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；變速恒頻i電力電子技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TM614文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-6540( 2009) 11-0012-06
Power Electronic Technology in Wind Generation System of
0 引 言
照著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，開(kāi)發(fā)和利用以風(fēng)能為代表的各類(lèi)可再生能源已成為人類(lèi)解決生存問(wèn)題的戰(zhàn)略選擇。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是目前最成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)之一，也是許多國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的新能源發(fā)電技術(shù)。
l 恒速恒頻與變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可分為恒速恒頻發(fā)電機(jī)組和變速恒頻發(fā)電機(jī)組兩大類(lèi)。早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用籠型異步發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、成本相對(duì)較低，且可以直接并網(wǎng)，在假定電網(wǎng)無(wú)窮大的前提下，其輸出電壓和頻率出電網(wǎng)整定，風(fēng)力機(jī)一旦并網(wǎng)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速基本不變，即恒速恒頻運(yùn)行的方式。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
恒速恒頻機(jī)組只能固定運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速時(shí)才能達(dá)到****運(yùn)行效率，當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)風(fēng)力機(jī)就會(huì)偏離****運(yùn)行轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致運(yùn)行效率下降。異步風(fēng)習(xí)機(jī)組輸出的電能質(zhì)量比較差，功率因數(shù)較低，同時(shí)，當(dāng)無(wú)窮大電網(wǎng)的假定不存在時(shí)，每一臺(tái)風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整都會(huì)對(duì)局域電網(wǎng)產(chǎn)生很大影響，風(fēng)速、風(fēng)向的隨機(jī)性、不穩(wěn)定性會(huì)使風(fēng)力機(jī)輸出電至、頻率、功率發(fā)生變化。
為解決恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電能質(zhì)量差、功率因數(shù)低等問(wèn)題，并提高機(jī)組發(fā)電效率、有效緩解甚至消除驅(qū)動(dòng)鏈中的應(yīng)力與力矩振蕩，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組越來(lái)越受到人們的關(guān)注。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)可在大范圍的風(fēng)速變化時(shí)保持高效運(yùn)行，其優(yōu)越性使各國(guó)都投入了大量的人力物力進(jìn)行研究。
目前，實(shí)現(xiàn)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的方案有很多種，根據(jù)關(guān)鍵部件的不同有以下幾種分類(lèi)方法，各種分類(lèi)之間具有特定的組合，比較實(shí)用和研究較多的有：使用異步發(fā)電機(jī)、具有齒輪箱、交直交全功率型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示；使用永磁同步發(fā)電機(jī)、宜驅(qū)型（無(wú)齒輪箱）、交直交全功率型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示；使用雙饋電機(jī)、雙向功率變換器勵(lì)磁控制的變速恒頻風(fēng)為發(fā)電系統(tǒng)等，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2（C）
下文將分別對(duì)典型的全功率機(jī)組和雙饋機(jī)組中的電力電子技術(shù)予以介紹。
2全功率機(jī)組中的電力電子技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)變速恒頻的目的，發(fā)電機(jī)定子繞組通過(guò)交一直一交變換器與電網(wǎng)連接，將隨風(fēng)速、風(fēng)向變化而變化的變頻變壓電功率轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率同電壓的電功率。由于所有的功率都要通過(guò)功率變換器進(jìn)行變換，因此，此類(lèi)系統(tǒng)中的電力電子裝置稱(chēng)為全功率變換器。
具有齒輪箱的交直交全功率型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)含有齒輪箱，在正常運(yùn)行時(shí)齒輪箱的損耗及其較大的體積也是該系統(tǒng)的一個(gè)不足。發(fā)電機(jī)類(lèi)型可采用籠型異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、電勵(lì)磁永磁同步發(fā)電機(jī)和繞線式異步發(fā)電機(jī)。直驅(qū)型（無(wú)齒輪箱）交直交全功率型變速恒頻風(fēng)
