变速恒频风力发电关键技术研究

第４５卷第１Ｏ期　２０１１年ｌ０月　电力电子技术　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．４５，Ｎｏ．１０　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１　１　

交流励磁变速恒频风力发电机空载并网研究　

郭凤仪，石立志　

（辽宁工程技术大学，电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛　１２５１０５）　

摘要：随着风电机组单机容量的不断增大，发电机并网时的电流冲击已不能忽视。必须对并网控制技术进行深　

入研究。此处探讨了交流励磁变速恒频（ＡＣ．ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｖａｒｉａｂｌｅ．ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，简称ＡＥＶＳＣＦ）风力发电系　统的运行原理。研究了ＡＥＶＳＣＦ风力发电机与电网间的连接特性．即可通过励磁控制调节发电机输出以满足　并网条件。建立了双馈异步发电机（ＤＦＩＧ）在ｄ，ｑ坐标系下的数学模型，并采用定子磁链定向方式，推导了　ＤＦＩＧ空载并网控制策略。最后通过并网控制实验验证了ＡＥＶＳＣＦ风力发电机建模及控制的正确性与有效性。　

关键词：风力发电机；变速恒频；交流励磁；定子磁链定向　

中图分类号：ＴＭ３１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１１）１０—００５７—０３　

Ｉｄｌｅ　Ｌｏａｄ　Ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＡＣ・ｅｘｃｉｔｅｄ　Ｖａｒｉａｂｌｅ－ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

Ｗｉｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

ＧＵ０　Ｆｅｎｇ—ｙｉ．ＳＨＩ　Ｌｉ—ｚｈｉ　

（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ　１２５１０５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｇｒｉｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｉｇ—　ｎｏｒｅｄ，ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｉｎ　ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　

火电厂中风机变频调速技术研究

随着我国经济的快速发展，资源匮乏、经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。企业竞争的日益加剧，生产成本的高低决定了企业在市场竞争的地位。在火电厂中，风机水泵类辅机耗电量很大，从而使厂用电率可高达7%左右，因此推进结构调整，大力推广节能的先进实用技术，有效地节约厂用电，是当前火电厂节能的重要途径之一。

由于电力电子技术的发展，变频技术日趋成熟，火电厂锅炉风压调节已普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段，改而采用变速的电气传动调节，变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳、首选的电气传动方案。

变频调速的基本原理

望亭发电厂一次风机设备

本次一次风机14A/B变频改造采用“一拖一”配置，即单套变频器带一台一次风机电机的方案。高压变频器选用了国电南京自动化股份有限公司型号为ASD6000S01250的产品。

（1）控制电机的启动电流

当电机通过工频直接启动时，它将会产生很大的启动电流，甚至达到7～8倍的电机额定电流。电机绕组的电应力由于此电流值而将大大增加，同时产生热量从而使电机的使用寿命减少。变频调速因为可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升），能使启动电流减小很多，并使绕组承受力得到提高，进一步降低电机的维护成本，电机的寿命则相应增加。一次风机14A/B改造前，空载启动时，启动电流高达1000A左右。改造后一次风机采用变频软启动，启动电流260A。

（2）降低电力线路电压波动

在电机工频启动时电流剧增的同时电压也会大幅度波动。电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。一次风机14A/B改造前，启动瞬间，6kV母线电压都会有0.3kV左右的下降，给厂用母线造成很大的冲击，曾经我厂还发生过6kV辅机启动，引起给煤机低电压跳闸的情况。改造后采用变频软启动，能最大程度上消除电压下降，现在启动过程平稳，对系统几乎没有冲击。

（3）启动时需要的功率更低

电机功率与电流和电压的乘积成正比，由于变频软启动后启动电流大幅减小，所以通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。

收稿日期22基金项目甘肃省自然科学基金“智能控制的多模态集成融合方法研究”(3ZS2B5235)变速恒频双馈风力发电机系统的研究

贾石峰

(兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州　730070)

摘　要:　分析了变速恒频双馈风力发电机系统的结构及工作原理,给出了变速恒频技术在发电机

组中实现变速运行的不同方式.通过比较变速工作时的定转子状态,采用控制发电机转子电流的大

小来实现双馈异步发电机输出端电压稳定.根据运行数据,总结了变速恒频双馈风力发电机系统的若干优势.

关键词:　变速恒频;双馈;发电机

中图分类号:　TM315 文献标识码:　A 文章编号:100420366(2008)0420094203

ResearchontheSystemforVariable2SpeedConstant2Frequency

Doubly2FedWindPowerGenerator

JIAShi2feng(CollegeofAutomationandElectricalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Abstract:　Thestructureandfundamentalprincipleofvariable2speedconstant2frequencydoubly2fedwind

powergeneratorsystemisanalyzed.Differentmethodsaboutpowergeneratorvariable2speedrunarereal2izedbasedonvariable2speedconstant2frequencytechnology.Bythecomparisonofvariable2speedwork

stateofstatorandrotatorofvariable2speedconstant2frequencypowergenerator,thegeneratorrotatorcur2

新能源与风力发电　ＥＭＣＡ　电札与柱制应用２０１Ｌ３８（４）　

变速恒频双馈风电机组转子侧励磁　

变流器控制技术研究术　

柴熠，　李长乐　

（上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海２０００６３）　

摘要：介绍了变频恒速双馈风力发电机的数学模型，分析了双馈风电机组转子侧变流器对发电机励磁　的定子磁链定向的矢量控制策略，论述了采用定子磁场定向的矢量控制可以实现双馈风力发电机输出的有　功功率和无功功率解耦。阐述了变速恒频双馈风电机组转子侧变流器励磁控制策略的仿真研究和试验波形。　关键词：变频恒速；变流器：矢量控制　中图分类号：ＴＭ　３０１．２文献标志码：Ａ文章编号：１６７３—６５４０（２０１１）０４－００４２－０５　

Ｒｏｔｏｒ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｃｈ　ｉｎ　Ｄｏｕｂｌｅ－　

Ｆｅｄ　ｏｆ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ　Ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

ＣＨＭ　Ｙｉ，ＬＩ　Ｃｈａｎｇ—ｌｅ　

（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ＤＦＩＧ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｓｔａｔｏｒ—ｆｌｕｘ　ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｖｅｎｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｒｏｔｏｒ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ＤＦＩＧ　ｓｔａｔｏｒ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔｓｔａｔｏｒ　ｆｌｕｘ　ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｖｅｎｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｒｏｔｏｒ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｗｅｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　ｒｏｔｏｒ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｉｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｖｅｎｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ