淺談電力電子技術在電力系統中的應用(編輯修改稿)
2025-08-10 02:43 本頁面
【文章內容簡介】 最佳的葉尖速比運行，從而使機組發(fā)電效率得到了提高，風力機的運行條件也得到了優(yōu)化。 (2)采用該風力發(fā)電技術使得功率因數可調。該類風力發(fā)電通過在異步電機的轉子側施加三相低頻電流來實現交流勵磁，并且控制勵磁電流的頻率、幅值、相位，從而實現輸出電能的恒頻恒壓。 (3)采用該風力發(fā)電技術使變槳距調節(jié)更加簡單。當風速很高時，可以通過調節(jié)槳距角來限制最大輸出功率，當風速很低時，裝距角是固定的。(4)采用該風力發(fā)電技術使得風電并網實現了很好的柔性連接，在并網操作及運行上較普通異步發(fā)電系統更容易。 雙饋風力發(fā)電機組變速恒頻運行的基本原理雙饋電機的結構類似于繞線式感應電機，定子繞組也由具有固定頻率的對稱三相電源激勵，所不同的是轉子繞組具有可調節(jié)頻率的三相電源激勵，一般采用交交變頻器或交直交變頻器供以低頻電流。轉子的旋轉速度、轉子外加勵磁電源產生的旋轉磁場相對于轉子的旋轉速度與定子同步磁場的旋轉速度之間的關系為： （）當風速變化時，轉速隨之而變化。在變化的同時，通過改變轉子電流的頻率和旋轉磁場的速度，可以補償電機轉速的變化，達到保持輸出頻率恒定不變的目的。與轉子相連接的雙電壓源變換器是電力電子電源變換裝置，為了獲得較好的輸出電壓和電流波形，其輸出頻率一般不超過輸入頻率的三分之一，其容量一般不超過發(fā)電機額定功率的 30%。雙饋風力發(fā)電機運行時，變速運行的范圍比較寬，定子輸出電壓和頻率可以維持不變，既可調節(jié)電網的功率因數，又可以提高系統的穩(wěn)定性。這種控制方案除了可實現變速恒頻控制、減小變流器的容量外，還可實現有功、無功功率的靈活控制，對電網而言可起到無功補償的作用。與式()相對應： () 其中：為轉子機械旋轉角速度， 為定子磁鏈旋轉角速 度， 為轉子旋轉磁場角速度，即轉差角速度，超同步運行時為負，亞同步運行時為正。當定子旋轉磁場在空間以的速度旋轉時，轉子旋轉磁場相對于轉子的旋轉速度應該是： () 其中：s為變速恒頻雙饋發(fā)電機轉差率。按照通常轉差率的定義： ()轉子轉差角轉速與轉差率s成正比。如果交流勵磁發(fā)電機的轉子轉速低于同步轉速，那么轉子旋轉磁場和轉子的旋轉方向相同，而當轉子的轉速高于同步轉速時，則二者的旋轉方向相反。根據可推出勵磁電流頻率和定子電流頻率之間存在如下關系： （）其中：為轉子勵磁電流的頻率，為定子電流的頻率。雙饋感應發(fā)電機的基本結構類似繞線式感應電機，其定轉子上都具有三相對稱繞組，且磁路、電路對稱，氣隙分布均勻。與繞線式感應電機的不同之處在于轉子繞組增加了電刷和滑環(huán)。當采用交流勵磁時，轉子的轉速與勵磁頻率有關，因此雙饋發(fā)電機的內部電磁關系既不同于感應發(fā)電機又不同于同步發(fā)電機，而是同時具有二者的某些特點。雙饋風力發(fā)電機系統的示意圖如圖 所示。 雙饋風力發(fā)電機系統示意圖由圖 可以看出，在雙饋風力發(fā)電系統中，發(fā)電機的定子直接與電網側相連接，轉子側采用三相對稱繞組，經過交直交變流器與電網側相連接，以提供發(fā)電機交流勵磁，勵磁電流的幅值、相位、頻率均可變，其勵磁頻率為轉差頻率。其中交直交變流器由兩組電壓源 PWM 變換器組成，可實現四象限運行。一般情況下，電網側變流器的主要任務是保證電流波形和功率因數滿足要求以及保證直流母線電壓的穩(wěn)定，轉子側變流器的主要任務是調節(jié)有功功率，實現最大風能捕獲以及為轉子回路提供勵磁，同時調節(jié)定子無功功率。風輪機采用變槳距控制，當風速小于額定風速時，槳距角為 0176。，變槳距裝置不動作，采用最大功率跟蹤策略來實現最大風能的捕捉；當風速增加到額定風速以上時，變槳距裝置動作，槳距角逐漸變大，將發(fā)電機的輸出功率限制在額定功率附近。但由于風輪機的轉動慣量較大，因此，變槳距裝置動作具有一定的時延。雙饋式感應發(fā)電機 T 型等值電路如圖 所示。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈正方向如圖所示并符合右手螺旋定則，圖中參數為繞組折算后到定子側的參數。 雙饋感應發(fā)電機的 T 型等效電路圖 雙饋風力發(fā)電機的功率關系雙饋型變速恒頻風電機組，其發(fā)電機的轉子電路具有功率雙向流動的能力，這使得發(fā)電機既能運行在次同步模式，也能夠運行在超同步模式。雙饋發(fā)電機的運行工況主要分為四種：次同步電動，次同步發(fā)電，超同步電動，超同步發(fā)電。在不同的運行工況具有不同的功率傳遞關系，下面從雙饋發(fā)電機的等效電路來研究其功率平衡關系。根據功率守恒關系，經氣隙磁場傳遞的電磁功率從定子方和轉子方可以分別表示： （） （）式（）又可以重寫為 ()由上式可以看出，、分別為定、轉子銅耗，為定子鐵耗，為定子端輸出的有功功率，為勵磁系統向發(fā)電機轉子回路輸入的功率，記為；+即，為發(fā)電機軸所產生的機械功率。式（）又可以重寫為 （）因此可以得出： （） （） 由此得出，穩(wěn)態(tài)運行時，雙饋異步發(fā)電機的能量傳遞和發(fā)電機的運行狀態(tài)有關。在忽略定轉子回路損耗及鐵耗的情況下，可以得出定轉子回路功率關系的表達式為：= （）當0s 1，雙饋電機處于次同步運行狀態(tài)，當s0時，雙饋機處于超同步運行狀
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