风力发电机和电网间功率电子学界面的研究.pdfVIP

风力发电机与电网间功率电子学界面的研究 赵莉 宋平岗 华东交通大学电气系南昌350013 一■ 奉空针对A力蠢■帕特点，鼍出了Eh变置嚣组成的且力t蠢变羲泵垃．设计了变蠢量的控制系麓-在买t室进行r 试t盈最宇仿真．证啊馕功率电于季再面量可|亍的． 关t田 风力。t■壹羲．琦搴电予学 一、概述 采用输出电压频率和幅值都可变的感应发电机。能更加有效地利用风力能源，但这样发出 来的电能不能直接为用户使用，也不能与公用电网连接“】． 要利用这些能源，必须对其进行变换，处于风力发电机与电网间的功率电子学界面就是用 来进行能源变换的．根据风力发电机输出的特点和电网的固有特性，决定了这个功率电子学界 面具有下列环节． 单相 三相 图l 功率电子学界面的组成 整流器和逆变嚣一般都是单相或三相桥式电路组成的。整流器一般Eh--极管组成，随着新 型大功率开关器件的发展，中等容量的逆变器一般均采用IGBT组成。直流环节有多种形式， 图2列出了一些常用的直流环节． 工 (a) (b) (c) 图2 直流环节 图(a)为一支撑电容，这种方式简单，但分析可知整流器中的二极管工作在脉冲状态， 输入电流由窄脉冲组成，这对前端的发电机的工作是极其不利的。 圈(b)、(c)分别为Boost、Buck变流器，前者为升压式变流器，后者为降压式变流 器；前者的输入电流连续，后者的输出电流连续，究竟选择哪一种作直流环节，可根据实际情 况而定，决定的参数主要为电压以及对发电机控制的要求。 二、功率电子学界面的选择 ·326· 采用异步机作为风力发电机，在要求不太高的小型电网中可以直接和电网连接，存在着明 显的缺点是：激碰所需的无功功率就达发电机容量的20-25％，而且还是滞后的，这就大大加 重了电网的无功功率的负担．相比之下，同步发电机的激磁容量还不到额定容量的l％”J． 由于这个原因，异步发电机不允许直接与公用电网连接，但可以采用下列方式来获取风力 能源：异步发电机单独运行，在异步发电机与电网问设计一能源变换界面，这个界面应满足； 向前与风力异步发电机形成最优工作方式，向后满足公用电网对频率、功率因数、电压、 畸变因数等要求。 兰0 电■ 图3 功率电子学界面框图 综上所述，一个典型的风力发电系统功率电子学界面如图3所示． 各部分功能简述如下： 整漉及直流环节部分：异步电机作发电机运行时，有一个自激的过程，当发电机正常工作 后，电压的输出频率和幅值均变化。 为使发电机工作在最优点。即最大限度地获取能源，必须使发电机工作在最大力矩点附近． 根据输出电压和转差率可以计算出力矩。同样，根据此两参数可以决定发电机的工作点，因此， 整流及直流环节部分的功能是保证发电机获得最大转矩，其电压变化要保证发电机工作在最大 力矩附近．经过直流环节，稳定电压。 逆变部分：连接在直流环节之后、电网之前的逆变器。为了适应电网频率和电压的变化， 根据连接原则，在逆变器与电网间必须有一电感，逆变器与电罔的连接可以简化成如图4(a) 所示，向量图为4(b) 工， 矿陵矗 ■ (a) (b) (c) 图4逆变器与电网的连结及向量图 其向量关系为： 唬=_，皿i+丘 向量图中，％为逆变器的输出电压，‘为输出电流，吒为网压，口为％超前匕的角度· 向量图(b)中·毛与吃同相：若考虑电网为一感性负载，毛与丘有一相位差，且瓦滞后吃 一角度妒，如图4(c)所示。为了