楊林

摘 要：主要從構(gòu)建并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的角度進行了模擬和仿真介紹，并對定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越特性進行了解析。

關(guān)鍵詞：定子雙繞組感應(yīng)電機；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；低電壓穿越；電壓

中圖分類號：TM614 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.130

文章編號：2095-6835（2015）15-0130-01

目前，隨著我國風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模越來越大，年產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機和雷擊裝機的總量均已經(jīng)位居世界前列，但我國自主產(chǎn)權(quán)的有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機的技術(shù)研究有待進一步加強?；诖吮尘?，電機系統(tǒng)因其性能好、成本低等特點引起了業(yè)界的強烈關(guān)注。本文主要從定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建及其模型出發(fā)，運用全功率風(fēng)電變換器，通過輸入和輸出功率的解耦作用，最后實現(xiàn)了定子雙繞足感應(yīng)電機鎖發(fā)出電能并逆變送進電網(wǎng)的目的。

1 定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要運用半直驅(qū)的方式與發(fā)電機連接。對于定子雙繞組感應(yīng)電機，一般采取籠型轉(zhuǎn)子，并在定子上設(shè)置有2套繞組，即功率繞組、控制繞組。其中，控制繞組一般在控制側(cè)和功率側(cè)旁，有直流母線通過二極管并聯(lián)，這樣可在風(fēng)速較低的情況下運行。如果二極管導(dǎo)通，則功率側(cè)整流橋會被阻斷，而電能可從直流母線段輸出。這種拓撲結(jié)構(gòu)可系統(tǒng)、科學(xué)、有效地利用風(fēng)能，并擴大風(fēng)速范圍。在風(fēng)速較高的情況下，功率側(cè)在輸出電壓時可達到指令值，其二極管會反向截止，同時，電能會從功率側(cè)輸出。

定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機側(cè)運用控制繞組段電壓定向，在調(diào)節(jié)控制繞組電流的有功功率和無功功率的風(fēng)量時，可使轉(zhuǎn)矩得到有效控制，從而使整個系統(tǒng)保持穩(wěn)定，且發(fā)電機的測電壓也能達到相應(yīng)的恒定狀態(tài)。其控制方法為：如果風(fēng)速較低，則電能從控制側(cè)輸出，對有功功率進行控制，以輸出電壓，并使其保持恒定狀態(tài)，而無功功率分量可保證發(fā)電機中的磁通不變，使電機具有良好的帶載能力，最終使系統(tǒng)運行狀態(tài)達到最優(yōu)；如果風(fēng)速較高，會從功率側(cè)輸出電能，且運用調(diào)節(jié)控制繞組控制電壓。

如果直流測電壓具有一定的調(diào)節(jié)作用，則定子雙繞組感應(yīng)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的變換器就要運用其他策略，比如運用功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)進行有效調(diào)節(jié)和控制。但在當(dāng)前情況下，一些發(fā)電機的功率計算等各種計算方式之間有一定的差別。對于電流內(nèi)環(huán)的無功功率，其加上電流內(nèi)環(huán)的有功功率可實現(xiàn)解耦控制，并可調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)d軸、q軸的電流，使網(wǎng)側(cè)變換器能在不同功率因數(shù)的狀態(tài)下運行。

2 低電壓運行

在定子雙繞組的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部有很多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，比如，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和其他系統(tǒng)具有特殊結(jié)構(gòu)，在電壓跌落的情況下，具有出網(wǎng)側(cè)變換器的作用，且在電壓跌落較大的情況下，網(wǎng)側(cè)變換器中的電流會受到一定的影響，進而造成電壓出現(xiàn)不同程度的升高。此時，需要運用卸荷電路消耗能量，使系統(tǒng)達到穿越的目的。對于DWIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其能更加充分地發(fā)揮調(diào)磁能力，并在電壓跌落的情況下迅速弱磁，使輸出的電壓維持在恒定狀態(tài)、減小短時間的電磁轉(zhuǎn)矩、有效降低輸入功率，最終升高直流的側(cè)電壓。

如果發(fā)電機組的機械輸入功率不變，則發(fā)電機的轉(zhuǎn)速會按照電磁轉(zhuǎn)矩在短時期內(nèi)降低，然后輕微上升。機械的時間常數(shù)一般都是針對電氣的有關(guān)參數(shù)而言的，通常采用槳距控制器控制，但會降低機械對風(fēng)能的利用率。即使轉(zhuǎn)速上升，定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仍舊可對直流側(cè)電壓進行控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常運行。通過有效地對勵磁電容進行切除，可避免勵磁變換器抽取無功電流，從而限制其容量超限。

在仿真試驗中，不必增加硬件電路，定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能在電網(wǎng)電壓跌落幅度較大時正常聯(lián)網(wǎng)和運行，且能充分符合新規(guī)定、新要求。

網(wǎng)側(cè)變換器在有功功率和無功功率解耦的控制中，能幫助調(diào)節(jié)系統(tǒng)在不同功率因數(shù)的狀態(tài)下正常運行，從而實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)吸收、輸送無功功率。電網(wǎng)電壓跌落時，系統(tǒng)仍可保證良好的運行和工作狀態(tài)，并對網(wǎng)側(cè)提供無功補償，從而為恢復(fù)電網(wǎng)電壓作出貢獻。

3 結(jié)束語

定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有強大的低電壓穿越特性，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)運行和離網(wǎng)等條件中有定量規(guī)定，比如最低電壓跌落的程度、對應(yīng)最低跌落持續(xù)運行時間的規(guī)定等，這些規(guī)定中都要求定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)必須具備強大的低電壓穿越能力，且電網(wǎng)電壓跌至一定程度時才可離網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可在電壓跌落期中向電網(wǎng)提供一定的無功功率支持。

參考文獻

[1]施凱，黃文新，胡育文，等.定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越特性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2012 （17）.

[2]劉陵順.定子雙繞組感應(yīng)發(fā)電機的設(shè)計及控制系統(tǒng)的研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

[3]徐殿國，王偉，陳寧.基于撬棒保護的雙饋電機風(fēng)電場低電壓穿越動態(tài)特性分析[J].中國電機工程學(xué)報，2010，30（22）：29-31.

[4]卜飛飛，黃文新，胡育文，等.定子雙繞組感應(yīng)電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)勵磁電容的優(yōu)化選取[J].電工技術(shù)學(xué)報，2011，26（10）：152-154.

〔編輯：張思楠〕