基于变速恒频风力发电技术研究.doc

基于变速恒频风力发电技术研究 　　摘要：风力发电已经成为当代能源的发展趋势之一，风力发电技术在风力应用中具有重要的作用，尤其是变速恒频技术可以在不同的风速条件下获取得到最优的风能与效率。本文通过进行变速恒频发电技术进行介绍，对基于双PWM的永磁直驱风力发电系统结构、变桨距控制结构、变频器、保护系统以及总体控制的研究，实现了风力发电的变速恒频的功能，在其应用中具有重要的作用。 　　 　　关键词：风力发电，变速恒频，PWM永磁直驱系统，控制 　　中图分类号：TM315文献标识码： A 文章编号： 　　引言 　　随着经济的不断发展，对能源的消耗量也是逐年的增加，新能源新技术的发展已经成为今后发展的方向。风能作为一种可持续资源，具有清洁性与高效性，已经成为当代能源的一种最佳的选择方式。风力发电伴随着新技术的应用得到了快速的发展与革新，有效的提高了设计的能力与水平。在我国，风力发电已经被确定为能源长远的发展规划，加强新能源的科技创新的能力，可以有效的提高国家的核心竞争力，实现保证国家安全的目的，因此研究风力发电技术具有重要的意义。 　　1.变速恒频风力发电技术 　　在风力发电过程中，根据风速的变化而进行发动机转速的变化，从而实现了频率的变化，在此过程中采用一定的控制手段例如AC-AC或者AC-DC-AC来进行与电网频率相适应，加入到电网中，此方式产生的电能为变速恒频电能。此技术是上个世纪末发展起来的，是一个多学科的综合体，包含了电子技术，信息处理技术以及矢量变换技术等来进行风力发电机的控制，实现了变速恒频的功能。此技术可以通过捕捉不同的风速获取得到一个最佳的运转速度，使得运行效率增加，机组发电效率提高，有效的利用了风能。 　　如图1-1所示，为变速恒频风力发电系统示意图，通过AC-DC或者AC-DC-AC来进行不同风速下的恒频的转换。上述可以称为变频器，在控制方案中，其能量的流向是双向的，其可以为交流直流交流变频器或者交流与交流变频器，通过采用变速恒频风力发电系统，可有最大限度的对风能的捕捉，可以根据风速的变化而适应，采用一定的PWM控制技术可以实???有效的功率补偿，较小损耗，提高效率的功能。 　　 　　图1-1 变速恒频风力发电系统示意图 　　风力机的作用是从从空气中获取风能转化为动能的方式，当有一个固定的风速时候，风机只能在一定转速的情况下才能实现最高的风能转换。变速恒频风力发电可以使得在风力机速度变化的情况下对于电能的频率不受影响，使得叶尖速比处于最佳的状态，有效的提高了风能的利用。 　　2. 基于双PWM的永磁直驱风力发电系统 　　2.1双PWM变频器的直接驱动风力发电系统结构图 　　在变速恒频的风力发电过程中，最为重要的是变频器的选择，本文采用的是双PWM变频器，主要是由大功率晶体管与功率场效应晶体管结合的绝缘双基型晶体管构成，具有驱动功率小，速度快以及导通压低的特点，因此可以通过采用绝缘双基型晶体管的逆变器与整流器，其主要的拓扑结构为三相桥式结构，如图2-1所示为双PWM变频器的直接驱动风力发电系统，此系统可以有效的降低发动机的铁耗与铜耗，减少了能量的损失，实现了运行的最优运行位置。此系统提供了电流为正弦，发电机测的谐波电流大大的减少。通过直接之间放置一个大的电容可以有效的维持电压的稳定。通过系统的控制，将永磁电机产生的变频幅值电压转化为可用的恒频电压，实现了风能的利用率最大化。 　　 　　图2-1 双PWM变频器的直接驱动风力发电系统结构图 　　2.2风力发电变桨距控制结构 　　如图2-2所示，为风力发电变桨距的控制框图： 　　 　　图2-2 风力发电变桨距的控制框图 　　从图中可以得到，在发电机达到额定功率之前，根据风速的大小，采用转速控制方式，稳定低频分量，在上述的变频器的作用下，进行电机的控制，从而实现了风机运行到达最佳的尖速比。随着风速的加大，当电机运行过程中达到了电机的额定功率，此时主要进行功率的控制代替了风速的控制，上述系统根据发电机功率的信号来进行功率的控制。进行比较功率的反馈值的大小与额定值之间的大小，如果当功率值超过了额定的大小情况，可以通过将桨叶节距转一个角度，迎向的位置为迎风面积减小的方向；如果当功率值小于额定功率时候，可以将，迎向的位置为迎风面积减大的方向。对于采用的变桨距的结构主要有电机执行机构与液压执行机构。其中液压执行机构主要适用于大型风力电机的情况，能够很好的实现快速的响应频率、大的扭矩以及布置集成度高的特点，得到了广泛的应用。电机执行机构实现单独控制桨叶的方式，结构简单，应用也很多。 　　2.3变频器控制 　　对于变速很怕的风力发电采用双PWM全功率变流器方式，实现了电网侧的逆变器与发电机侧的整流器进行独立控制。可以将控制部分划分为电网侧