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异步发电机在风力发电中的应用

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作者:王龙 黄文新时间:2013-08-28来源:电子产品世界收藏

  双馈也可在海上大规模风电场应用,通常需要配合高压交流输电系统。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/164381.htm

  随着双馈为主体的大型机组容量不断加大,提高DFIG应对电网故障的能力日益重要,如低电压穿越技术等。

  笼型与风电

  笼型异步电机概述[10-11]

  普通笼型异步电机的定子由铁心和定子绕组组成,转子采用笼型结构。早期的异步发电机首先要解决的问题是电机自励建压的问题,如在输出端连接适当大小的电容器给笼型感应发电机提供励磁,其缺点是无法连续调压,只能离散地调节励磁。随着电力电子技术的飞速发展,利用可控开关功率器件组成的电力电子变换器可以产生连续可调的无功功率,从而替代传统的单独的电容励磁,使得电力电子变换器与感应发电机相结合的发电技术得到了迅速的发展。

  如基于背靠背变换器的并网型异步系统,其结构拓扑如图2所示。定子绕组通过整流器和逆变器与电网或者负载相连:前者工作在整流状态,输出一个稳定的直流电压;后者工作在逆变状态,输出恒频恒压的交流电。

  将电机转子和风力机相连,通过风力机的升速齿轮驱动转子超过同步速,即可将风力机的机械功率转化为电功率,馈送电网或供给负载。对普通笼型异步电机而言,通常有如下优缺点:

  1.笼型异步电机因坚固的无刷结构,而具有机械简单、效率高、价格低廉和维护要求低的特点;
  2.可适用于恒速发电和变速发电,可通过电力电子变换器获得无功励磁功率;
  3.电机本体适用于大功率容量,可高达几兆瓦,具有良好的经济性;
  4.有功和无功相耦合,影响系统性能。

  为克服普通笼型异步电机发电系统中有功和无功相耦合对系统性能的不利影响,进一步发挥笼型异步电机的优势,美国田纳西理工大学的Ojo教授于2000年提出一种新型笼型异步电机—定子双绕组异步电机(DWIG),其定子上布置了两套绕组,一套为输出电能的功率绕组,一套为调节励磁的控制绕组,除容量不同外,它们的极数及绕组形式一样,且在电气上没有直接连接,仅通过磁场耦合。功率绕组,接有励磁电容,通过整流桥向负载供电;控制绕组,接有电力电子变换器,用于调节发电机内部磁场,使其在不同的工况下能稳定运行。

  笼型异步电机在风电中应用广泛,如普通笼型异步电机可用于分布式风电场合;定子双绕组电机适用于海上等。

  在分布式风电中的适用性

  我国内陆有局部风能分布区,分布式风力发电具有较大市场。

  在中小规模离网型、微网或并网式分布式风力发电中,普通笼型异步电机因价格优势、本体坚固和易实现变速恒频发电的特点,获得市场青睐。

  特别是分布式系统中,通常整合多种资源,进行风光互补、风热互补能源开发,本身附带储能系统和电力电子变换器。笼型异步电机与电力电子变换器的优势配合,不仅可以提供励磁,还可以根据控制策略调控多端口(发电端、储能端、用电端)的功率流动,方便实现功率平衡以及自我控制、保护和管理,更可以充分发挥普通笼型异步电机性价比高的优势,从而具有更强的市场竞争力。

  在未来,(风、光等)多资源整合是一大趋势,笼型异步发电系统或将发挥更大优势。

  在海上风电的适用性

  我国海岸线长,海上风电资源丰富,国家规划海上风电开采力度增强,为减小线损,高压直流输电系统具有一定优势,定子双绕组笼型异步电机可作为其发电机[12]

  定子双绕组笼型异步电机的结构有如下优点:

  1.转子为笼型转子,继承普通笼型异步电机结构简单坚固,维护较少的特点;
  2.定子两套绕组相互电隔离,磁耦合,可以方便励磁调速;
  3.电机侧的变换器容量为系统额定输出容量的1/3左右;
  4.在合适的控制策略下,发电机系统能够在宽转速全负载的工况下输出稳定的直流电压,且具有优良的动静态特性。

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