王孝洪13，楊金明23，吳捷2t3

（1華南理工大學自動化科學與工程學院，廣東廣州510640；2華南理工大學電力學院

    廣東廣州510640；3廣東省綠色能源重點實驗室，廣東廣州510640）

    摘要：對變速恒頻風力發電系統中的電力電子技術的****發展做了全面綜述。介紹了常用的變速恒頻發電系統~典型i~17~J及其優l.r J1，并重點以直驅型風力發電系統和雙饋型風力發電系統為例，介紹了全功率變換器、雙脈寬調制( PWM)變換器、矩陣變換器等典型的功率變換技術及其在系統中的應用。另外，還介紹T轉子電流控制器等一些****的在變速恒頻風力發電系統巾應用的電力電子變換技術。

  關鍵詞：風力發電；變速恒頻i電力電子技術

  中圖分類號：TM614文獻標識碼：A文章編號：1673-6540( 2009) 11-0012-06

     Power Electronic Technology in Wind Generation System of

 

0 引  言

    照著經濟的發展，環境保護意識不斷增強，開發和利用以風能為代表的各類可再生能源已成為人類解決生存問題的戰略選擇。風力發電技術是目前最成熟的可再生能源發電技術之一，也是許多國家重點開發的新能源發電技術。

l  恒速恒頻與變速恒頻風力發電系統

    風力發電機組可分為恒速恒頻發電機組和變速恒頻發電機組兩大類。早期的風力發電機組主要采用籠型異步發電機，其結構簡單可靠、成本相對較低，且可以直接并網，在假定電網無窮大的前提下，其輸出電壓和頻率出電網整定，風力機一旦并網運行，其轉速基本不變，即恒速恒頻運行的方式。其基本結構如圖1所示。

恒速恒頻機組只能固定運行在某一轉速時才能達到****運行效率，當風速改變時風力機就會偏離****運行轉速，導致運行效率下降。異步風習機組輸出的電能質量比較差，功率因數較低，同時，當無窮大電網的假定不存在時，每一臺風力機的運行狀態調整都會對局域電網產生很大影響，風速、風向的隨機性、不穩定性會使風力機輸出電至、頻率、功率發生變化。

    為解決恒速恒頻風力發電機組輸出電能質量差、功率因數低等問題，并提高機組發電效率、有效緩解甚至消除驅動鏈中的應力與力矩振蕩，變速恒頻風力發電機組越來越受到人們的關注。變速恒頻風力發電系統中，風力機可在大范圍的風速變化時保持高效運行，其優越性使各國都投入了大量的人力物力進行研究。

    目前，實現變速恒頻風力發電的方案有很多種，根據關鍵部件的不同有以下幾種分類方法，各種分類之間具有特定的組合，比較實用和研究較多的有：使用異步發電機、具有齒輪箱、交直交全功率型變速恒頻風力發電系統，其系統結構如圖2(a)所示；使用永磁同步發電機、宜驅型（無齒輪箱）、交直交全功率型變速恒頻風力發電系統，其系統結構如圖2(b)所示；使用雙饋電機、雙向功率變換器勵磁控制的變速恒頻風為發電系統等，其系統結構如圖2（C）

 

    下文將分別對典型的全功率機組和雙饋機組中的電力電子技術予以介紹。

2全功率機組中的電力電子技術

    為實現變速恒頻的目的，發電機定子繞組通過交一直一交變換器與電網連接，將隨風速、風向變化而變化的變頻變壓電功率轉化為與電網同頻率同電壓的電功率。由于所有的功率都要通過功率變換器進行變換，因此，此類系統中的電力電子裝置稱為全功率變換器。

    具有齒輪箱的交直交全功率型變速恒頻風力發電系統含有齒輪箱，在正常運行時齒輪箱的損耗及其較大的體積也是該系統的一個不足。發電機類型可采用籠型異步發電機、同步發電機、電勵磁永磁同步發電機和繞線式異步發電機。直驅型（無齒輪箱）交直交全功率型變速恒頻風