永磁直驱变速恒频风力发电系统的模拟(新能源中风力发电系统的模拟之三).ppt

永磁直驱风力发电系统的模拟 华中科技大学 电气与电子工程学院 电力工程系 陆继明 2012.8.14 永磁直驱风力发电系统的模拟要点 （1）全功率变换器的拓扑结构相同； （2）调节规律相同，控制参数相等； （3）同步发电机的调速范围相同； 永磁直驱风力发电系统的主回路之一 “二极管整流+BOOST升压+电压源逆变器”的特点 图中，BOOST电路不但可以控制直流母线电压，而且也可以对整流电路进行功率因数校正，使电机定子电流波形谐波含量降低，同时通过对BOOST电路的电流控制，一定程度上可以对永磁直驱发电机转矩进行简单控制，实现最大风力追踪。 这种结构存在功率单向流动，不能直接有效地对发电机实施控制。并且当系统功率较大时，大功率的BOOST电路设计困难。 这种拓扑因为成本相对较低，在当前直驱风力发电工程中得到了较多应用。 永磁直驱风力发电系统的主回路之二 双PWM背靠背变流器的特点 机侧和网侧变流器均采用基于可控器件GTO或IGBT的电压源变流器。利用PWM脉宽调制技术不但电流波形能得到很好地控制，使电机电流和电网电流波形达到完美无谐波； PWM变流器可以四象限运行； 采用PWM调制的发电机侧变流器本身具有BOOST升压功能，无需额外的升压电路，发电机可以在很宽的风速范围内运行，有效地提高了系统的风能捕获效率。 更为重要的是，这种双PWM结构的变流器功率可以双向流动，这也使发电机的控制变得非常灵活，有更多的先进控制策略可以采用，以提高系统的性能； 随着全控半导体功率器件等级的不断提高和成本越来越低，双PWM背靠背变流器结构得到越来越多的应用。 半直驱永磁风力发电系统 电励磁直驱风力发电系统 电励磁同步发电机的特点(Electrically Excited Synchronous Generator，EESG) 电励磁同步发电机，在转子侧进行直流励磁。使用电励磁相比使用永磁的优势在于，转子励磁电流可控，可以控制磁链在不同功率段获得 最小损耗；而且不需要使用成本较高的永磁材料，也避免了永磁体失磁的风险。 电励磁需要为励磁绕组提供空间，会使电机尺寸更大，转子绕组直流励磁需要滑环和电刷。 永磁直驱同步风力发电控制系统的组成 发电机与电力系统通过交直交全功率变流器软连接，没有同步稳定性问题； 全功率变换器由发电机侧变流器和电网侧变流器两部分组成。 电网侧变流器的交流侧通过电抗器与电网相连，直流侧则与发电机侧变流器的直流侧并联。 发电机侧变流器的直流侧与电网侧变流器的直流侧并联，其交流侧与发电机定子绕组相连。 永磁直驱同步风力发电系统的控制 电网侧变流器的主要任务是： （1）维持变流器直流侧的电压稳定； （2）实现变流器交流侧的PQ四象限运行，除了将发电机发出的有功功率传送到电网，还可根据电网对无功功率的需求与电网交换无功功率； （3）电网侧变流器采用PQ解耦控制策略。 永磁直驱同步风力发电系统的控制 发电机侧变流器的主要任务是： （1）将发电机发出的交流功率整流成直流充电功率，送到直流侧电压，实现功率的传送； （2）实现转速转矩调节，完成最大风能功率追踪等。 永磁直驱同步风力发电机组的启动与并网 基本过程： 1、当风速大于切入风速时，松开制动，调节风力机桨距角增加升力，使之容易克服阻力而转动； 2、当转速升到一定值，电机侧变流器开始工作，通过减速将直流电压升高到某范围，为电网侧逆变器正常工作提供初始直流电压； 3、电网侧变流器在直流电压大于一定值时开始工作，跟踪电网电压的三要素，满足准同期条件时合上断路器，并入电网；风力机桨距角调至零度； 4、并网后，电网侧变流器负责直流电压恒定控制，零无功功率运行；发电机侧变流器负责最大风力追踪控制。 永磁直驱同步风力发电机组的最大风力追踪 原理： 采用不测风速的爬山法进行最大风力追踪。 过程： 首先朝加速（或减速）方向改变发电机侧变流器的频率，使风力机转速变化一个增量，检测直流功率，判别直流功率变化趋势，如若上升则继续加速，否则减速。 永磁直驱风力发电机 直驱型，省去齿轮箱，但因降低转速使得发电机直径加大，形状特点：短而粗。 交流励磁（双馈）风力发电机 双馈，有高速齿轮箱，发电机转速高，发电机直径小，形状特点：细而长。 永磁直驱同步风力发电机组模拟装置 永磁直驱风力发电模拟系统主回路 结束语 （1）风、光是新能源的主体； （2）风、光发电要很好地被电网接纳，离不开储能系统的配合； （3）风光储互补，是新能源利用的最佳途径； （4）光伏发电模拟系统，铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、超级电容器、超导线圈、旋转飞轮等储能体模拟系统等，也是电力系统动态模拟的重要组成部分。 致谢！ 本PPT文件，利用了网上部分资料，谨向原作者表示感谢! 华中科技大学 电气与电子工程学院 电力