变速恒频风力发电系统运行与控制

1、变速恒频风力发电系统运行与控制 变速恒频风力发电系统运行与控制 摘要：目前，风力发电已经成为新能源的开展趋势之一。风力发电技术在风力应用中具有重要的作用，尤其是在不同的风速条件下，通过利用变速恒频技术可以最大化的利用风能，提高风能利用效率。本文即在对变速恒频发电技术进行分析的根底上，对双PWM的永磁直驱风力发电系统进行整体的研究，以期更好的应用风力发电的变速恒频功能，发挥其重要的作用。 关键词：风力发电，变速恒频，控制 中图分类号；TM614 1 引言 随着我国社会经济的开展，能源消耗也在逐年增加。目前，应用新能源技术已经成为未来能源开展的方向和趋势。作为一种可持续再生性资源，风能具有清洁性与

2、高效性的特征，已经成为当代一种较优的新能源利用方式。随着各种新技术的应用，风力发电也得到了迅速的开展，设计能力和应用范围也大大提高。我国已经将风力发电作为未来能源开展的长远规划，加强新能源的创新和应用，可以大大增强我国的核心竞争力，因此大力开展风力发电技术具有重要的现实意义。 2 变速恒频风力发电技术概述 在风力发电的过程中，发动机的转速根据风速的变化进行调整，相应的频率也随之变化，在这一过程中，通过采取例如AC-AC或者AC-DC-AC的控制手段可以与电网的频率相适应，并参加到电网当中，这种方式产生的电能就是变速恒频电能。变速恒频风力发电技术产生于上世纪末，包含了多个学科方面的技术。通过利用

3、电子技术，信息处理技术以及矢量变换技术等对风力发电机进行控制，由此实现了变速恒频的功能。变速恒频风力发电技术可以根据不同的风速，从而获得最优的运转速度，由此提高运行效率和机组发电效率，从而提高对风能的利用效率。 在变频器控制方案中，能量流向是双向的，可以是交流直流交流变频器或者交流交流变频器，通过采用变速恒频风力发电技术，可以根据风速的变化，获得尽可能大的风能。通过采用PWM控制技术可以实现有效的功率补偿，减少损耗，提高风能的利用效率。 风力机的作用就是从空气中获取风能并将其转化为动能。如果有一个固定的风速，风机只有到达一定转速的条件下，才能最大限度的将风能转化为动能。变速恒频风力发电技术可以

4、在风力机速度变化的情况下，不对电能的频率造成影响，使得叶尖速比到达最正确状态，从而提高风能的利用效率。 3 基于双PWM 的永磁直驱风力发电系统 3.1 双PWM 变频器的直接驱动风力发电系统结构 在变速恒频的风力发电过程中，最重要的就是选择适宜的变频器。目前常用的是双PWM变频器，它主要由大功率晶体管以及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，可以通过采用绝缘双基型晶体管的逆变器与整流器，主要采用三相桥式拓扑结构。双PWM 变频器直接驱动风力发电系统可以大大降低发动机的损耗，提高了能量的利用效率，保证运行位置的最优化。该系统的电流为正弦，从而大大

5、减少了发电机侧的谐波电流。通过直接放置一个大的电容，可以保证电压的持续稳定。通过对该系统的控制，可以将永磁电机产生的变频幅值电压转化为恒频电压，最大限度的提高了风能的利用效率。 3.2 变频器控制 如果风力发电的速度变化相对较慢，那么可以采用双PWM全功率变流器方式，由电网侧的逆变器和发电机侧的整流器进行独立控制，控制局部可以分为电网侧的逆变器控制和发电机侧的整流器控制。这种方式可以对电机的转速进行控制，从而保证功率的正常传送，并到达最正确尖速比，从而实现对风能最大限度的利用。速度控制那么通过转矩或者对发电机的功率进行调节来实现，并且可以根据具体情况，采用不同的控制方式。比方通过调整发电机转子

6、电流矢量的相位和幅值，从而实现对永磁电机的矢量控制。永磁电机与电网通过直流环节连接，并向电网输送有功功率以及控制发电机侧的变流器进，从而到达调节速度的作用。 3.3 变流器和发电机保护系统 由于受到诸如风速变化无常、设备稳定性等客观环境的影响，在风力发电系统中，主要是通过变流器和发电机来决定风力机的运行，因此必须加强对变流器和发电机的保护。变流器和发电机保护系统通过对发电机、电网侧电流、直流电压以及其他各种电气参数的检测，对各项电气参数设定一定的保护值。如果相关参数超过保护值时候，就会自动中断变流器，从而中止变流器的工作，以防过高的电流损害电机，或者因为发动机超过负载而引起去磁现象。因此，为了

7、减少风力发电系统电网出现故障，可以采取以下方法： 选择相对较大的电容，从而降低直流电压的波动； 可以运用动态无功补偿的方法，在电压下降时或者是在电功率输送下降的情况下，减少对直流连接环的电容冲击，同时减少电压的波动性； 采用反应控制的方式，并将其置于发电机网侧变流器控制环与侧变流器中间，降低发电机功率下降对直流电容的冲击； 选取高的直流电压的额定值。 3.4 直接驱动风力发电机组的总体控制 变流器和变桨距控制是驱动风力发电系统的主要控制环节。风力发电系统通过联系外围的控制单元，可以自动调节系统的相关参数，由此保证无论在各种环境下，风力机都具有良好的运行能力，并到达最正确运行状态，实现风能利用效

8、率的最大化。在整个风力发电系统的运行过程中，通过对相关参数和数据持续的评估，进而根据分析结果进行自适应的偏航控制，根据不同的风向，实现对风能最大限度的利用。通过变流器，可以在不同风速下，保证风机使用的小萝莉坐高，并排除一些较高的运行负载和尖峰。通过控制变桨距，可以在风机负载下降以及输出较大能量的时候，控制转子叶轮节距角的大小。如果有故障问题发生的时候，为了保证风机运行的可靠性，可以采用采用刹车控制方法。实践证明，该风力发电系统在风力发电的变速恒频应用方面具有很好的实践性。 4 结束语 21世纪，风能将会成为全球经济开展的重要新能源之一，风力发电技术已经成为当代新能源应用的重要领域之一，并成为主要的开展趋势。在今后的经济开展中，风力发电将会起到越来越重要的作用。在风力发电系统中应用变速恒频技术，可以根据不同的风速，实现风能利用效率的最大化，降低损耗和运营本