《2022年变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究报告.docx（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、个人资料整理仅限学习使用变速恒频双馈风力发电机励磁掌握技术讨论林成武，王凤翔，姚兴佳沈阳工业高校，辽宁 沈阳 110023 ）摘 要：双馈电机变速恒频 可知，当转速 n 发生变化时，如调剂 f 2 相应变化，可使 f 1 保持恒定不变，即与电网频率保持一样，实现风力发电机的 VSCF掌握；当风力发电机处于亚同步速运行时，式 1 取正号；当风力发电机处于超同步速运行时，式 1取负号；同步速运行时， f 2=0，变流器向转子供应直流励磁电流；2.2 不同运行方式下的转子绕组功率流向当忽视电机损耗并取定子为发电机惯例而转子为电动机惯例时，发电机的定子 输出电功率 P1 等于转子输入电功率 P2 与电
2、机轴上输入机械功率 Pmech之和，即式中 s 为转差率；由式24 可知，当发电机在亚同步速运行时， s0，需要向转子绕组馈入电功率，由转子传递给定子的电磁功率为sP1，风力机传递给定子的电功率只有1- sP1；当发电机在超同步速运行时，s P1；双馈发电机在低于和高于同步速不同运行方式下的输入输出功率关系，可用图2功率流向示意图表示；由于在低于和高于同步速不同运行方式下转子绕组的功率流向不同，因此需要采纳双向变流器；3 励磁掌握系统的硬件设计3.1 励磁掌握系统的基本功能为满意双馈发电机低于同步速、同步速和高于同步速运行的各种工况要求，向 转子绕组馈电的双向变流器应满意输出电压 ，可得励磁电
3、流频率 f 2 的与电机转速检测信号的关系式；亚同步速时馈入转子的电流频率为式中 kp 是计数器在每 10ms所记录的光电编码器的输出脉冲数；可依据光电编码器每转输出 2000 个脉冲运算出电机转速与 kp 的关系；图 4 是双馈发电机低于同步速运行时转子绕组电流随转速调剂频率的波形；由图可以看出，转子电流的频率依据转速按式1 的规律变化，实现了双馈发电机的变速恒频掌握；4.2 恒定电压掌握当定子绕组开路，双馈发电机作空载运行时, 定子绕组开路相电压的有效值为式中 f 1 为定子绕组的电压频率； N1 和 kw1分别为定子绕组每相串联匝数和绕组系数；每极磁通 f 0= f I 2由转子绕组励磁
4、电流打算；由式7 可知，当定子绕组电压频率 f 1 为恒定值时，在不同转速下只要保持转子绕组励磁电流值不变便可使定子绕组端电压保持不变；然而当发电机负载运 行时，由于定子绕组电阻和漏电抗压降，以及由于定子电流电枢反应磁场的影 响，即使转子励磁电流不变，每极磁通和定子绕组端电压也不再是常数；为了 保持在不同运行状况下发电机端电压恒定，需要通过电压反馈调剂转子励磁电 流实现闭环恒压掌握；试验说明，双馈发电机输出电压采纳闭环掌握后，转速由 1300r/min 增加到 1480r/min ，定子绕组输出电压仅变化了 0.2V；4.3 双馈发电机的并网掌握传统的风力发电机组多采纳异步发电机，并网时对电网
5、的冲击较大；双馈发电机可通过调剂转子励磁电流实现软并网，防止并网时发生的电流冲击和过大的电压波动；在图 3 的励磁掌握系统中，并网前用电压传感器分别检测出电网和发电机电压的频率、幅值、相位和相序，通过双向变流器调剂转子励磁电流，使发电机输出电压与电网相应电压频率、幅值及相位一样，满意并网条件时自动并网运行；由图5 看出，并网后定子电流有振荡现象，这是由于在并网试验中没有采纳有功和无功功率闭环掌握造成的，采纳闭环掌握后，发电机的功角保持不变可解决电流震荡问题；如图 5 所示，并网前发电机电压略高于电网电压，并网后发电机电压即为电网电压；并网前发电机电流为帮助负载的电流，并网后的电流为馈入电网的电
6、 流；帮助负载用于并网前的发电机电压和电流监测，并网后将帮助负载切除；为了便于并网前后发电机定子绕组电压电流的比较，并网试验中采纳了帮助负载检测并网前定子绕组的电压和电流，在实际 VSCF系统中，不肯定需要帮助负载，可检测与比较电网和发电机的端电压以确定是否满意并网条件；4.4 三态转换掌握在亚同步速运行时，变流器向转子绕组馈入沟通励磁电流，同步速运行时变流器向转子绕组馈入直流电，而超同步速运行时转子绕组输出沟通电通过变流器馈入电网；亚同步、同步和超同步三种不同运行状态的动态转换是变速恒频双馈风力发电机励磁掌握的一项关键技术；由于风速变化的不稳固性，风力发电机难以长时间稳固运行在同步速；为了防
7、止反复跨过同步点和在同步速邻近小转差区的掌握难度，在实际变速恒频风力发电系统中，总是把稳固运行工作点选在躲开同步速邻近小转差区| s|以外的区间；自然，跨过同步点是难免的；跨过同步点的三种运行状态的转换可采纳两种不同的方法，一是采纳“交 - 直- 交”掌握模式，二是采纳“交 - 交”掌握模式；“交 - 直- 交”掌握模式是随着发电机转速的增高逐步降低转子绕组电流的频率，当转速接近同步速时供应转子绕组直流 此时转子三相绕组为“两并一串”的联接方式而变流器以PWM方式掌握不同桥臂的三个功率开关器件同时导通或关闭，输出可控的直流励磁电流）；当转速超过同步速后，变流器停止直流供电，此时转子绕组向变流器输出转差频率的沟通电；采纳“交 - 直- 交”掌握模式的发电机跨过同步速时的转子电流实测波形如图 6 所示；“交 - 交”掌握模式因省去了向转子绕组供直流电的环节，掌握略微简单一些，但三种运行状态转换的平滑性稍差一些，其转子电流试验波形如图 7 所示；5 结论1）跨过同步速是变速恒频双馈风力发电机励磁掌握关键技术之一，采纳“交-直- 交”或“交 - 交”掌握模式，可实现亚同步、同步和超同步运行方式之间的转换；2）并网操作是变速恒频双馈风力发电机励磁掌握需要解决的另一关键技术；可采纳不同的并网方式 异步方式或同步方式），但需要解决并网过程中的电流冲击和电压波动问题；