双馈风力发电机组自动化并网运行的分析

双馈风力发电机组自动化并网运行的分析

康庆文

大连嘉运电子科技有限公司辽宁大连116000

摘要：在当前的社会生活中，风力发电技术是十分普遍的，因为风力发电不但可以起到节能的效果，同时还能有效的预防环境受到严重的污染，对于我国当前阶段的风力发电中，主要采用的运行方式有两种，一种方式是独立运行的，而另外一种方式是并网运行的，这两种方式之中，后者的运行效率要更高一些，尤其是在大规模的发电系统中应用是十分广泛的。并且不会产生高额的费用，所以应用十分广泛，但是随着社会的发展建设，加强电网的稳定运行就需要进一步对风力发电技术加以优化，这样才能实现其更好的发展，本文重点对此展开了探究，希望对今后的工作带来一定的帮助。

关键词：双馈风力发电机组；双向变流器；运行状态；并网运行

引言

风力发电的常见的运行方式有独立运行和并网运行两种，其中并网运行方式是高效、大规模利用风能最为经济的方式。目前商品化的并网型风力发电机组已朝向大容量化发展，因此不同容量等级的风力发电机组可并接至适当的电压层级。如，个别风力发电机组或小型风电场可接至配电系统；大型风电场可接至输电系统等。由于风能具有随机性和间歇性的特点，大容量风力发电机组的并网运行将对电能品质和系统安全造成一定程度的冲击。例如，若采用非同步风力发电机，运行时将从电网吸收无效功率，进而对电网的稳定性、电压等产生不利影响。如何合理地在理论分析的基础上解决这些不利因素，从而保证风力发电并网运行的安全可靠，是目前研究的重要课题。

1风电机组技术的发展

目前，按照发电机运行的方式来分，风力发电系统主要有恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两大类。恒速恒频技术是指当风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机的转速不变，从而得到恒定的频率。由于该系统机械结构简单、不易出故障、维护方便，因此一直以来得到了广泛应用。其缺点是运行范围比较窄；不能实现最大风能捕获，风能转换效率低；叶片复杂，重量大，不宜制造大风机；风速变化引起功率变化乃至电网电压的变化，这些对电网的电能质量将产生不利影响。

变速恒频风力发电系统是一种新型风力发电系统，它将矢量控制技术、电力电子技术等引入发电机的控制系统中，从而能够获得高质量的电能。该技术是指在风力发电的过程中，发电机的转速随风速变化而变化，然后通过合适的控制使其发出的电能频率保持不变。变速恒频风力发电系统一般采用同步发电机或双馈发电机，而双馈发电机是目前最具发展潜力的变速恒频风力发电机。

2双馈风力发电机组的结构

双馈风力发电机是三相异步发电机中的一种，是变速恒频风力发电系统的核心组成部分，也是风力发电机组国产化的主要部件之一。其结构类似于绕线式异步发电机，其定子和转子上都有三相对称绕组。所谓双馈风力发电机就是指它的定子和转子两侧都能够馈送电能。它的定子绕组和电网直接相连，转子绕组通过双向变流器和电网相连，双向变流器根据运行要求自动调节转子绕组电源的电压幅值、相位及频率，使得风力发电机组能够实现变速恒频发电，满足并网和用电负荷的要求。双向变流器由网侧变流器和机侧变流器两部分组成，它们是彼此独立控制的。其采用双PWM可逆整流控制系统，中间由电容器相连接，直流侧电容两端的电压要保持恒定。双PWM可逆整流控制系统在任一时刻，一部分起PWM整流器的作用，另一部分起PWM逆变器的作用。

3双馈式风力发电机的运行原理分析

对于双馈式发电机，定子连接供电网络后，转子连接双脉冲调制变流器，接着介入到相应网络。所以在双馈式风力发电机的定子端，如果电力参数没有发生变化，利用双脉冲变流器，即可调节转子端电流。此外，在双馈式发电机的运行流程中，转子部分利用交流，即可完成励磁过程，确保发电机具有较强适应能力、足够稳定性，对降低发电成本十分重要。按照定子和转子的磁场转动速率，双馈式发电机主要包含以下三种运转模式：超同步模式、同步模式、亚同步模式。上述三种工作模式，笔者以变速恒频风力发电系统为例，处于该系统中，发电机定子与电网直接连接，转子通过两个背靠背连接，通过PWM变换器，交直交变换器连接电网。对于双馈电机工作，主要分为超同步、同步阶段，加上转子侧转差功率传递方向存在一定区别。双馈式发电机功率主要分为4个不同状态，次同步电动、次同步发电、超同步电动、超同步发电。假设将定子侧功率设定为P1，转子侧设定为P2，电机机械功率设定为PJ，按照规定，如果定子为电网输送电能，P1值就为正值，由电网吸收电能，则P1值为负值。如果转子通过电网馈送电能，P2值为正值，由电网吸收电能，P2值为负值。如果电机吸收机械功率，PJ值为正值，电机输出机械功率，PJ值为负值。

4双馈风力发电机组自动化并网运行的策略

4.1电压的自动控制策略

当双馈发电机的负载减小时，发电机的端电压增加，此信息由电压检测电路获得，并反馈给转子电流大小的控制电路，调节发电机的转子电流，使其减小，定子绕组的感应电动势也将减小，发电机的端电压恢复至额定电压。同理，当双馈发电机的负载增加时，发电机的端电压减小，相应调节发电机的转子电流，使其增加，使得发电机的端电压增大至额定电压。

4.2频率的自动控制策略

当风速增大时，风力机的转速随之升高，双馈发电机转子的转速也随之升高，转子绕组电流产生的旋转磁场的转速将高于双馈发电机的同步转速，定子绕组感应电动势的频率将高于电网频率，同时测速装置立即将转速升高的信息反馈给转子电流频率的控制电路，调节转子电流的频率，使其降低，则转子旋转磁场的转速又降低至同步转速，使定子绕组感应电动势的频率降低至电网频率。

4.3双馈风力发电机组并网运行的优点

采用双馈风力发电机组，可以保证电网运行的稳定性，也可以保证电能供给的质量，这种装置具有结构简单的优点，而且机械部件受外力影响较小，在机组控制时较为灵活，而且运行的效率也较高。双馈发电机的转速能够随风速的变化做出相应的调整，使风力机始终处于最佳的运状态，提高风能的利用率。通过调节馈入转子绕组中的电流参数，不仅能够使定子绕组的输出电压及频率保持不变，还能够使输入到电网的功率因素得到调节。双馈发电机与电力系统可以根据电网电压、电流及发电机的转速来实时调节励磁电流，从而可以精确的调节发电机的端电压，使其满足并网运行的要求。系统中双向变流器的容量只由发电机运行时的最大转差功率决定，具有成本较低的优点。

5结语

综上所述，将双馈发电机用于风力发电系统中，可以解决风能利用效率低、风力机转速不可调、机组运行效率低等诸多问题。另外，由于双馈发电机对有功功率和无功功率都可以调节，对电网起到了稳频和稳压的作用，提高了系统的稳定性和安全性。可见，双馈风力发电机组的并网运行无论从可靠性，还是经济性来看，都具有不可取代的优势，竞争力强，其发展前景十分广阔。

参考文献

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