新風(fēng)光直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器裝置
風(fēng)力發(fā)電是目前最具有形成規(guī)模化和最具備商業(yè)化的可再生能源技術(shù)。而實(shí)際上風(fēng)力發(fā)電在很大程度上取決于變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為MW級以上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流技術(shù)。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要分為雙饋式和直驅(qū)式兩種類型。雙饋式由于其變流器串聯(lián)在雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中，其容量只有系統(tǒng)總功率的1/4~1/3，有效地降低了系統(tǒng)成本;與雙饋式相比，直驅(qū)式采用低速永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，無齒輪箱(或半直驅(qū)式，采用一級齒輪箱)，也無滑輪，機(jī)械故障少，損耗小，運(yùn)行效率高，維護(hù)成本低，但是，由于直驅(qū)式采用系統(tǒng)全功率傳輸，初始成本相對較高。
1 控制原理
MW級大功率直驅(qū)式并網(wǎng)變流器采用多單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)，單個單元的主電路拓?fù)洳捎媒?直-交電壓型結(jié)構(gòu)，如圖1或圖2 所示，圖1采用二極管不控整流和Boost升壓穩(wěn)壓電路，圖2采用PWM全控整流電路。
采用圖1主電路拓?fù)洌ㄟ^Boost 升壓穩(wěn)壓環(huán)節(jié)將很好地控制后端逆變器的輸入直流電壓，即不論二極管不控整流的輸出直流電壓變化多大，通過Boost 升壓穩(wěn)壓電路后，其直流電壓基本穩(wěn)定，使后端逆變器調(diào)制度范圍好，提高運(yùn)行效率，減小損耗，同時，Boost 電路還可以對永磁同步發(fā)電機(jī)輸出側(cè)進(jìn)行功率因數(shù)校正。
采用圖2 主電路拓?fù)洌ㄟ^PWM 可控整流技術(shù)，可以很好地處理發(fā)電機(jī)端的交流電壓不穩(wěn)、諧波較大和直流側(cè)電壓變化大的問題，是最具發(fā)展前途的主電路結(jié)構(gòu)方式。兩種主電路各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。控制上采用電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)雙閉環(huán)矢量控制技術(shù)。
各個單元采用載波移相多重化技術(shù)，無須額外增加濾波器，便能使網(wǎng)側(cè)電流諧波失真系數(shù)THD<國標(biāo)5%的要求。
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司利用多年研制低壓大功率變頻器的主電路拓?fù)浜湍芰炕仞伈⒕W(wǎng)技術(shù)，成功研制并已成功用于風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器，其技術(shù)特點(diǎn)有：
1)控制上采用電壓電流雙閉環(huán)矢量控制，呈現(xiàn)電流源特性，電流環(huán)是直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器控制的核心;
2)變流器對電網(wǎng)呈現(xiàn)電流源特性，容易做多單元并聯(lián)，易于大功率化組裝，各個單元之間采用多重化載波移相，極大地減小了網(wǎng)側(cè)電流總諧波;
3)網(wǎng)側(cè)逆變器采用三電平電路拓?fù)洌m應(yīng)網(wǎng)側(cè)電壓范圍廣，同時也有益于減小網(wǎng)側(cè)諧波電流;
4)MW 級變流器需多個單元并聯(lián)組合，系統(tǒng)控制會自動分組工作，很容易線性化并網(wǎng)回饋功率，易于整個風(fēng)電項(xiàng)目的系統(tǒng)控制，同時有益于減小電流總諧波;
5)并網(wǎng)變流器采用先進(jìn)的PWM控制技術(shù)，可以靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無功功率，減小開關(guān)損耗，提高效率，自動使并網(wǎng)功率最大化;
6)動態(tài)響應(yīng)快，根據(jù)風(fēng)電整體控制，可以瞬時滿足大范圍功率變化要求，適應(yīng)性強(qiáng);
7)具有過熱、過流、短路、旁路、網(wǎng)側(cè)電壓異常等各種保護(hù)功能，具有多種模擬量和數(shù)字量接口，具有CAN總線或RS485串行總線等接口，與風(fēng)電項(xiàng)目中的其它部分連接方便，控制靈活。
3 實(shí)驗(yàn)波形分析
圖3 是并網(wǎng)電流為60 A 時的網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖，圖4是并網(wǎng)電流為100 A時的網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖。從兩圖可以看出，網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且與電網(wǎng)電壓反相，呈現(xiàn)負(fù)的單位功率因數(shù)，同時也能觀察到隨著電流的增大，網(wǎng)側(cè)電流的諧波失真系數(shù)(THD)越來越小，即整體效率越來越高。
4 結(jié)語
直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器采用交-直- 交三電平電壓型主電路拓?fù)洌士刂齐娏髟刺匦裕菀撞⒙?lián)，易于大功率化組裝，網(wǎng)側(cè)電流正弦化，可以軟并網(wǎng)，對電網(wǎng)無沖擊，無污染，可以廣泛用于風(fēng)力發(fā)電等可再生能源項(xiàng)目中。
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