新型大功率风力发电机组的设计与控制.pdf

双馈异步发电机组 直驱同步发电机组 风力机 变桨、变速 变桨、变速 齿轮箱 三级升速 无 新型大功率风力 发电机 高速、尺寸小 低速，尺寸大 变频器 部分容量，双向功率流动 全容量 发电机组的设计与控制 变压器 全容量 全容量 清华大学电力系统国家重点 由上表可知，由于直驱同步发电机组取消了齿轮 实验室 卢 强 箱，其机械传动机构大为简化；但其代价是发电机和 变频器的体积、重量和成本显著增大，制造难度大。 目前，制约大型风力发电机组在国内推广应用的 而高速双馈异步风力发电机组的成本低，所需变频器 主要因素是进口设备产品的价格过高，而国产机组的 的容量相对较小，但对多级齿轮箱材料要求高且维护 技术缺乏自主创新，特别是升速齿轮箱难以国产化， 量大，可靠性较低。 依赖于从国外进口。为了打破这一窘境，迫切需要研 为此，本文提出一种具有较高性价比的新型风力 发新型大功率风力发电机组及其控制系统。 发电机组。其目的在于，克服现有技术的不足，使变 现有的大型风力发电机组多采用变速恒频发电机 速恒频同步风力发电机组中的齿轮箱、发电机、变频 组，即通过引入变桨距风力机和变速发电机，以提高 器和变压器等主要设备之间的技术方案搭配合理，从 风力发电机组在供电质量、运行效率和抗动态冲击载 而显著降低发电机组的制造难度和总体成本。其基本 荷能力等方面的性能。目前已有的变速恒频风力发电 思想是，以半直驱高压交流励磁同步发电机为核心， 机组有高速双馈异步发电机组和直驱同步发电机组两 对整个系统进行优化设计，并采用混合控制策略对系 类，其系统构成特点对比如下表。 统进行控制。其系统构成如下图所示。 新型风力发电机组的构成特点如下：(1)采用单线变换装置，以提高发电机的轻载运行效率和转速范 级行星齿轮升速，其升速比只需6—10倍。(2)中速围。 变速同步发电机采用转子低压交流励磁，其运行转速 新型风力发电机组采用转子交流励磁混合控制， 范围一般不超过由电网频率决定的同步速。(3)发电其逆变器则采用发电机定子磁场定向矢量控制策略。 机的定子安装高压绕组，可取消出口升压变压器，直 低风速段时风轮转速调节采用最大功率点跟踪控制， 接接人电网。(4)交流励磁只需要功率单方向流动的高风速段同时施加桨距调节和能耗控制，允许风轮转 普通变频器，但须配置一定容量的直流能耗支路。 速在超过同步速的一定范围内变化。桨距调节采用比 (5)励磁变压器的容量一般不超过发电机全功率的例积分控制，直流母线电压采用滞环比较能耗控制策 15％。(6)发电机的定子绕组端口加装“星一角”接 略。桨距调节用来处理风速中的低频分量，能耗控制 则用来应对风速中的高频分量。