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无刷双馈异步风力发电机的控制优化

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:双馈异步风力发电机是目前在风力发电系统中应用非常广泛的发电机型,比较适用于变速恒频风力发电系统。为了克服传统风力发电机的上述缺点,近年来出现了一种无刷双馈变速恒频风力发电系统。采用无刷双馈发电机的控制方案除了可实现发电机变速恒频控制,降低变频器的容量外,还可在矢量控制策略下实现有功功率、无功功率的灵活控制,对并网电网可起到无功补偿的作用。

无刷双馈异步风力发电机的控制优化

双馈异步风力发电机是目前在风力发电系统中应用非常广泛的电机型,比较适用于变速恒频风力发电系统。当风速变化引起转速变化时,通过控制转子电流的频率可实现变速恒频控制。由于流过变频器功率只是由转速运行范围所决定的转差功率,所需双向变频器容量较小,因此整个系统的成本大大降低,此外还可方便地实现有功功率、无功功率的灵活控制。

但这种发电机的转子结构具有电刷滑环,使系统的可靠性降低,导致大型风力发电系统的维修不方便。为了克服传统风力发电机的上述缺点,近年来出现了一种无刷双馈变速恒频风力发电系统。所用的发电机为新型无刷双馈风力发电机(Brushless Doubly-fed Generator,BDFG),其结构和运行机理与常规电机有较大不同。

无刷双馈电机最初源于串级感应电机,即将两台绕线式异步电机同轴连接,转子绕组反相序相接,通过调节第2台电机定子绕组所串联的电阻来调速。这种特殊结构使电机以较低速度运行,并且可以实现一定范围的平滑调速。后来有学者将这种电机结构不断进行改进,实现真正的无刷化。

无刷双馈发电机的定子上有两套极对数不同的绕组,分别为功率绕组和控制绕组,功率绕组(极对数多者)用于发电,直接接电网;控制绕组(极对数少者)用于交流励磁,可以通过变频器(一般为双向流通变频器)接电网。无刷双馈电机作为发电机运行时原理与交流励磁发电机类似,当原动机的转速发生变化时,调节控制绕组侧励磁电流的频率即可实现变速恒频发电,通过改变励磁电流的幅值和相位还可以实现有功功率和无功功率的调节。BDFG的这种特性将传统同步发电机系统恒速运行的刚性连接变为柔性连接,可以很大程度上提高发电系统的可靠性。特别是在低转速风力和水力发电系统中,发电机的变速运行可以使发电系统运行在最优工况,最大程度利用风能和水能,提高整个发电系统的效率

综上所述,无刷双馈风力发电机具有如下突出优点:

(l)无刷双馈风力发电机可以在转子转速发生变化的情况下,通过调节控制绕组的励磁电流频率来保持功率绕组的输出频率不变,从而实现变速恒频发电。(www.xing528.com)

(2)由于变频器的功率仅占发电机总功率的一小部分,可大大降低变频器容量,从而降低变频系统的成本。

(3)取消了电刷和滑环,提高了系统运行的可靠性,适用于风力发电的某些恶劣工作环境。

(4)能量可以双向流动,提供了调节有功功率和无功功率的可能性。

(5)即使在变频器发生故障的情况下,发电机仍可以运行于普通感应电机的工作状态下。

(6)采用无刷双馈发电机的控制方案除了可实现发电机变速恒频控制,降低变频器的容量外,还可在矢量控制策略下实现有功功率、无功功率的灵活控制,对并网电网可起到无功补偿的作用。

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