定子雙繞組感應電機風力發電系統的低電壓穿越特性解析

楊林

摘 要：主要從構建并網風力發電系統的角度進行了模擬和仿真介紹，并對定子雙繞組感應電機風力發電系統的低電壓穿越特性進行了解析。

關鍵詞：定子雙繞組感應電機；風力發電系統；低電壓穿越；電壓

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.130

文章編號：2095-6835（2015）15-0130-01

目前，隨著我國風力發電的規模越來越大，年產風力發電機和雷擊裝機的總量均已經位居世界前列，但我國自主產權的有關風力發電機的技術研究有待進一步加強。基于此背景，電機系統因其性能好、成本低等特點引起了業界的強烈關注。本文主要從定子雙繞組感應電機風力發電系統的構建及其模型出發，運用全功率風電變換器，通過輸入和輸出功率的解耦作用，最后實現了定子雙繞足感應電機鎖發出電能并逆變送進電網的目的。

1 定子雙繞組感應電機風力發電系統

風力發電系統主要運用半直驅的方式與發電機連接。對于定子雙繞組感應電機，一般采取籠型轉子，并在定子上設置有2套繞組，即功率繞組、控制繞組。其中，控制繞組一般在控制側和功率側旁，有直流母線通過二極管并聯，這樣可在風速較低的情況下運行。如果二極管導通，則功率側整流橋會被阻斷，而電能可從直流母線段輸出。這種拓撲結構可系統、科學、有效地利用風能，并擴大風速范圍。在風速較高的情況下，功率側在輸出電壓時可達到指令值，其二極管會反向截止，同時，電能會從功率側輸出。

定子雙繞組感應電機風力發電系統發電機側運用控制繞組段電壓定向，在調節控制繞組電流的有功功率和無功功率的風量時，可使轉矩得到有效控制，從而使整個系統保持穩定，且發電機的測電壓也能達到相應的恒定狀態。其控制方法為：如果風速較低，則電能從控制側輸出，對有功功率進行控制，以輸出電壓，并使其保持恒定狀態，而無功功率分量可保證發電機中的磁通不變，使電機具有良好的帶載能力，最終使系統運行狀態達到最優；如果風速較高，會從功率側輸出電能，且運用調節控制繞組控制電壓。

如果直流測電壓具有一定的調節作用，則定子雙繞組感應電機的風力發電系統中的變換器就要運用其他策略，比如運用功率外環和電流內環進行有效調節和控制。但在當前情況下，一些發電機的功率計算等各種計算方式之間有一定的差別。對于電流內環的無功功率，其加上電流內環的有功功率可實現解耦控制，并可調節網側d軸、q軸的電流，使網側變換器能在不同功率因數的狀態下運行。

2 低電壓運行

在定子雙繞組的風力發電系統內部有很多復雜的結構，比如，永磁直驅風力發電系統和其他系統具有特殊結構，在電壓跌落的情況下，具有出網側變換器的作用，且在電壓跌落較大的情況下，網側變換器中的電流會受到一定的影響，進而造成電壓出現不同程度的升高。此時，需要運用卸荷電路消耗能量，使系統達到穿越的目的。對于DWIG風力發電系統，其能更加充分地發揮調磁能力，并在電壓跌落的情況下迅速弱磁，使輸出的電壓維持在恒定狀態、減小短時間的電磁轉矩、有效降低輸入功率，最終升高直流的側電壓。

如果發電機組的機械輸入功率不變，則發電機的轉速會按照電磁轉矩在短時期內降低，然后輕微上升。機械的時間常數一般都是針對電氣的有關參數而言的，通常采用槳距控制器控制，但會降低機械對風能的利用率。即使轉速上升，定子雙繞組感應電機風力發電系統仍舊可對直流側電壓進行控制，保證系統的穩定和正常運行。通過有效地對勵磁電容進行切除，可避免勵磁變換器抽取無功電流，從而限制其容量超限。

在仿真試驗中，不必增加硬件電路，定子雙繞組感應電機風力發電系統能在電網電壓跌落幅度較大時正常聯網和運行，且能充分符合新規定、新要求。

網側變換器在有功功率和無功功率解耦的控制中，能幫助調節系統在不同功率因數的狀態下正常運行，從而實現系統網側吸收、輸送無功功率。電網電壓跌落時，系統仍可保證良好的運行和工作狀態，并對網側提供無功補償，從而為恢復電網電壓作出貢獻。

3 結束語

定子雙繞組感應電機風力發電系統具有強大的低電壓穿越特性，風力發電系統在并網運行和離網等條件中有定量規定，比如最低電壓跌落的程度、對應最低跌落持續運行時間的規定等，這些規定中都要求定子雙繞組感應電機風力發電系統必須具備強大的低電壓穿越能力，且電網電壓跌至一定程度時才可離網，風力發電系統可在電壓跌落期中向電網提供一定的無功功率支持。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕