直驅式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器裝置

　　變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統主要分為雙饋式和直驅式兩種類(lèi)型。雙饋式由于其變流器串聯(lián)在雙饋發(fā)電機的轉子繞組中，其容量只有系統總功率的1/3—1/4，有效地降低了系統成本；與雙饋式相比，直驅式采用低速永磁同步發(fā)電機結構，無(wú)須齒輪箱（或半直驅式，采用一級齒輪箱），也無(wú)滑輪，機械故障少，損耗小，運行效率高，維護成本低，但是，由于直驅式采用系統全功率傳輸，初始成本相對高?！　∧壳皣鴥仍S多高校，研究所和企業(yè)主要研究、跟蹤，消化吸收雙饋式并網(wǎng)變流器，而我們公司近年來(lái)利用多年研究開(kāi)發(fā)大功率變頻器主電路拓撲和回饋并網(wǎng)控制技術(shù)的優(yōu)勢，專(zhuān)注直驅式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)，成功研制出產(chǎn)品，并安裝調試于內蒙古包頭市自治區項目中，現已成功運行數月，且無(wú)故障記錄

1控制原理

　　兆瓦級大功率直驅式并網(wǎng)變流器采用多單元并聯(lián)結構，單個(gè)單元的主電路拓撲采用交—直—交電壓型結構，如圖1或圖2所示，圖1采用二極管不控整流和Boost升壓穩壓電路，圖2采用PWM全控整流電路。

圖1 帶有Boost升壓穩壓電路拓撲

采用圖1主電路拓撲，通過(guò)Boost升壓穩壓環(huán)節將很好的控制后端逆變器的輸入直流電壓，即不管二極管不控整流的輸出直流電壓變化多大，通過(guò)Boost升壓穩壓電路后，其直流電壓基本穩定，使后端逆變器調制度范圍好，提高運行效率，減小損耗，同時(shí)，Boost電路還可以對永磁同步發(fā)電機輸出側進(jìn)行功率因數校正。

圖2 PWM整流電路拓補

采用圖2主電路拓撲，通過(guò)PWM可控整流技術(shù)，可以很好的處理發(fā)電機端的交流電壓不穩，諧波較大和直流側電壓變化大的問(wèn)題，是最具發(fā)展前途的主電路結構方式。兩種主電路各有各的優(yōu)缺點(diǎn)?？刂粕喜捎秒娏鲀拳h(huán)，電壓外環(huán)雙閉環(huán)矢量控制技術(shù)。各個(gè)單元采用載波移相多重化技術(shù)，無(wú)需額外增加濾波器，便能使網(wǎng)側電流總諧波THD小于國標5%的要求。

2技術(shù)特點(diǎn)

利用多年的研制低壓大功率變頻器的主電路拓撲和能量回饋并網(wǎng)技術(shù)，成功研制出直驅式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器，并已成功用于風(fēng)力發(fā)電項目中，該產(chǎn)品有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（一）控制上采用電壓電流雙閉環(huán)矢量控制，呈現電流源特性，電流環(huán)是直驅式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器控制的核心。

（二）變流器對電網(wǎng)呈現電流源特性，容易做多單元并聯(lián)，易于大功率化組裝，各個(gè)單元之間采用多重化載波移相，極大的減小了網(wǎng)側電流總諧波。

（三）網(wǎng)側逆變器采用三電平電路拓撲，適應網(wǎng)側電壓范圍廣，同時(shí)也有益于減小網(wǎng)側電流總諧波。

（四）兆瓦級變流器需多個(gè)單元并聯(lián)組合，系統控制會(huì )自動(dòng)分組工作，很容易線(xiàn)性化并網(wǎng)回饋功率，易于整個(gè)風(fēng)電項目系統控制，同時(shí)有益于減小電流總諧波

（五）并網(wǎng)變流器采用先進(jìn)的PWM控制技術(shù)，可以靈活調節系統的有功和無(wú)功功率，減小開(kāi)關(guān)損耗，提高效率，自動(dòng)并網(wǎng)功率最大化。

（六）具有動(dòng)態(tài)響應快，根據風(fēng)電整體控制，可以瞬時(shí)滿(mǎn)足大范圍功率變化要求，適應性強。

（七）具有溫度，過(guò)流，短路，旁路，網(wǎng)側電壓異常等各種保護功能，具有多種模擬量和數字量接口，具有CAN總線(xiàn)或RS485串行總線(xiàn)等接口，與風(fēng)電項目中的其它部分連接方便，控制靈活。

3實(shí)驗波形分析

圖3，圖4分別是網(wǎng)側電壓電流波形圖，圖3是并網(wǎng)電流為60A時(shí)的網(wǎng)側電壓電流波形圖；圖4是并網(wǎng)電流為100A時(shí)的網(wǎng)側電壓電流波形圖，從兩圖可以看出，網(wǎng)側電流正弦化，且與電網(wǎng)電壓反相，呈現負的單位功率因數，同時(shí)也能觀(guān)察到隨著(zhù)電流的增大，網(wǎng)側電流的總諧波（THD）越來(lái)越小，即整體效率也越來(lái)越大。

圖3 電流60A時(shí)波形圖

圖4 電流100A時(shí)波形圖

4 小結

　　直驅式風(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撲，呈控制電流源特性，容易并聯(lián)，易于大功率化組裝，網(wǎng)側電流正弦化，可以軟并網(wǎng)，對電網(wǎng)無(wú)沖擊，無(wú)污染，可以廣泛用于風(fēng)力發(fā)電等可再生能源項目中。