变速恒频风力发电系统及其控制技术研究.
第25卷第1期2009年1月
文章编号：1674-3814（2009）01-0044-04
电网与清洁能源
PowerSystemandCleanEnergy
中图分类号：TM614
Vol.25No.1
Jan.2009文献标志码：A
变速恒频风力发电系统及其控制技术研究
沙
非1，马成廉1，刘
闯1，孙黎2
（1.东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012;
吉林吉林132022）2.吉林化工学院信息与控制工程学院，ResearchonVSCFWindPowerGenerationSystemandControlTechnology
SHAFei1,MACheng-lian1,LIUChuang1,SUNLi2
（1.CollegeofElectricalEngineering,NortheastDianliUniversity,Jilin132012,JilinProvinc e,China;
2.CollegeofInformationandControlEngineering,JilinInstituteofChemicalTechnology,Jili n132022,JilinProvince,China）
ABSTRACT：Windpowergenerationsystemshouldadoptthevariablespeedconstantfrequency(VSCF)con trolstrategyinordertomaximizetheuseofwindenergy.Thispaperrespectivelyanalyzesthepri nciple,performanceandcharacteristicsofthecageasynchronouspowergenerationsystems,d oubly-fedpowergenerationsystemsandpowergenerationbrushlessdoubly-fedVSCFwindpowersystem.Bycomparingtheadvantagesanddisadvantages,thispaperlook sforwardthedevelopmenttrendsofthewindgeneratorandwindpowergenerationcontroltech niques,suchaslarge-
sizewindturbine,usingvariablepitchandvariablespeedconstantfrequency(VSCF)technolo gy,windturbinedirectdrive,andadoptionofintelligentcontrol,etc.
KEYWORDS:windpowersystems;variablespeedconstantfrequency;controlstrategy
摘要：为了最大限度地利用风能，风力发电系统应采用变速恒频控制策略。分析了鼠笼异步发电系统、双馈发电系统、无刷双馈发电等变速恒频风力发电系统的原理、性能及特点,通过对比各种风力发电机和各种控制方法的优缺点，对未来风力发电机和风力发电控制技术的发展趋势做了展望:风力发电机大型化；采用变桨距和变速恒频技术；风力发电机采用直接驱动；采用智能化控制等。
关键词：风力发电系统；变速恒频；控制策略
发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利
用。特别是自20世纪90年代初以来，现代风能最主要的利用形式———风力发电的发展十分迅速，世界风电装机容量的年平均增长率超过了30%。随着这一态势的发展，世界风电机组的装机容量到2020年预计会达到124.5MW，发电量占世界电力消费量的
因此，风能将是21世纪最有发展前景的绿色能12%。源，是人类社会可持续发展的主要新动力源。根据风力发电过程中发电机的运行特征和控制技术[1]，风力发电系统分为恒速恒频发电系统和变速恒频发电系统。风力发电机运行方式主要有两种：一种是独立运行的供电系统；另一种是作为常规电网的电源,与电网并联运行。并网风力发电是大规模利用风能的最经济方式。当风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，即恒频。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机的转速不变，从而得到恒定的频率；变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，通过其他控制方式来得到恒定的频率。
1变速恒频风力发电系统
0引言
风能是一种洁净的、储量极为丰富的可再生能
源。受化石能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要
根据贝兹证明，风力机从风能中吸收的功率
P[2]为：
（1）P=1/2CpAρv3
式中，ρ为空气密度；v为风速；A为风力机扫掠面积；
它是叶尖速比λ
和浆叶节距Cp为风力机的功率系数，
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角α的函数;λ=ωmR/v；ωm为风力机机械角速度；R为风轮半径。
风能与风速的三次方成正比，当风速在一定范围内变化时，若允许风力机作变速运行，那么可以更好地利用风能。这是因为风力机的风能利用系数
如Cp在某一确定的风轮叶尖速比λ下达到最大值，图1所示。
是利用电容器进行无功补偿，在高于同步转速附近作恒速运行，采用定桨距失速或主动失速桨叶，单速或双速发电机运行。
由于其控制策略在定子侧实现，变频器的容量
和发电机的容量之比大于100%，整个系统的成本、体积和重量显著增加（尤其对于大型风力发电系统）；而且由于变频器直接和电网相连接，不可避免地对电网造成一些谐波污染。但鼠笼式异步电机因其结构简单、坚固耐用、运行可靠、易于维护和适宜恶劣的工作环境等优点，得到了广泛的应用，特别是在离网型风力发电系统中，目前多用于100kW以下的风力发电系统。
图1风力机Cp－λ曲线
恒速恒频发电系统的风力机由于只能固定在某一转速上，而风能又具有随机性、爆发性和不稳定性，风速会经常变化，当风速发生变化时，风力机必定偏离最佳速度，显然Cp不可能保持在最佳值。这样将导致风力资源浪费，发电效率大大下降。
为了在各种风速下能实现最大风能捕获，需要根据风速来调节风力机的转速，采用变速恒频方式，在风速变化的情况下适时地调节风力机转速，使之始终运行在最佳转速，Cp达到或者接近最佳值，从而提高了机组的发电效率，优化了风力机的运行条件。
变速恒频风力发电是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，国外新建的大型风力发电系统大多数采用变速恒频方式，目前成为风力发电的发展方向。近年来世界上研究较多的变速恒频风力发电技术主要有5种。下面分别分析各种发电机的原理、性能及特点。
3双馈发电机变速恒频系统
双馈电机与普通的绕线式感应电机类似，系统
如图3所示。
图3双馈异步发电机的系统结构图
采用的发电机为转子双馈发电机，定子绕组与
电网直接相连，转子绕组通过变频器供以频率、幅值、相位和相序都可改变的三相低频励磁电流[3]。无论风速如何发生变化，当电机的转速改变时，通过变频器调节转子的励磁电流频率来改变转子磁势的旋转速度，使转子磁势相对于定子的转速始终是同步的，定子感应电势频率即可保持定值，发电系统便可做到变速恒频运行。
此种结构的发电机是通过对其转差频率的控制来实现发电机的双馈调速。由于控制方案是在电机的转子侧实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，转差功率仅为发电机定子额定功率的1/4至1/3，
功率转换装置的容量小、电压低，变频器的成本大为降低，系统容易设计与整理。
这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除
2笼型异步发电机系统
系统结构如图2所示。
图2笼型异步发电机系统的结构图
了可实现变速恒频控制，减小变频器的容量外，还可调节励磁电流的相位，达到改变功率角使发电机稳定运行的目的，所以可吸收更多无功功率，
参与
图中的功率变换器是指软并网用的双向晶闸
管起动装置，箭头指功率P的流动方向。其工作原理
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电网的无功功率调节[4],解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性[5]。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷，电刷和滑环之间的机械磨损会影响电机的寿命，需要经常维护，目前这种风力发电机技术已经商品化，能生产出兆瓦级风力发电系统。
改变励磁频率；三是可改变电流的相位。通过人为地改变励磁频率，可调节无刷双馈电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷变化时，迅速改变电机转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电
网的扰动远比常规电机轻，另外，通过改变转子电流的幅值和相位。可达到调节有功功率和无功功率的目的。同步电机励磁的可调量只有一个，即电流的幅值。所以同步电机励磁一般只能对无功功率进行调节。与之不同的是，无刷双馈电机励磁除了可
无刷双馈电机[6]是一种新型的，同时具有同步
电机和异步电机特点的交流调速电机，其结构和运行原理与传统的交流电机有较大的差别，无刷双馈电机的定子上具有两套极数不同的对称三组绕组，分别称为功率绕组和控制绕组，转子采用笼型或磁阻型的结构，取消了电刷和滑环。通过电机转子的磁动势谐波或磁导谐波对定子不同极数的旋转磁场进行调制来实现电机的机电能量转换。如果改变控制绕组的连接方式及其外加电源的频率、幅值和相位，可以实现无刷双馈电机的多种运行方式。
无刷双馈电机结构如图4所示。
无刷以调节电流幅值，亦可调节电流的相位。所以，
双馈电机不仅可调节无功功率，也可调节有功功率。一般说来，当电机吸收无功功率时，往往功率角变大，使电机稳定度下降。但无刷双馈电机却可通过调节励磁电流的相位，减小机组的功率角，使机组运行的稳定度提高，从而多吸收无功功率，克服由于晚间负荷下降，电网电压过高的困难。与之相比，感应发电机却因需从电网吸收无功的励磁电流，与电网并行运行后，造成电网的功率因数变坏。所以无刷双馈电机较同步电机和感应电机都有着更优越的运行性能。
其基本原理与有刷双馈异步发电机相同，主要区别是取消了电刷，此种电机弥补了标准型双馈电机的不足，兼有笼型、绕线型异步电机和电励磁同步电机的共同优点，功率因数和运行速度可以调节，因此适合于变速恒频风力发电系统，其缺点是
图4
无刷双馈发电机的系统结构图
4无刷双馈型变速恒频系统
增加了电机的体积和成本。
定子上装有两套不同的三相对称绕组，一套接
至工频电源，称为功率绕组；一套接至变频电源，称为控制绕组；转子采用自行闭合的环路结构。无刷双馈电机特殊的磁场交叉耦合的运行原理使电极达到稳定同步运行状态时，电机转速满足:
（2）fp±fc=(Pp+Pc)fm=(Pp+Pc)n/60
式中，fp为定子功率绕组电流频率，由于其与电网相连，fp与电网频率相同；fm 为转子机械频率，(fm=n/60)；fc为定子控制绕组电流频率；Pp为定子功率绕组的极对数；Pc为定子控制绕组的极对数。
无刷双馈电机与普通感应电机的区别在于无刷双馈电机在定子上有一套控制绕组，可以通过调节控制绕组的电流频率来改变转子的转速。与同步电机相比，无刷双馈电机励磁可调量有三个：一是与同步电机一样，可调节励磁电流的幅值；二是可
5永磁同步发电系统
永磁同步发电系统[7]与笼型变速恒频风力发电
系统类似，利用永久磁铁取代转子励磁磁场，无需外部提供励磁电源，减少了励磁损耗；同时它无需换向装置，因此具有效率高，寿命长等优点。与等功率一般发电机相比，永磁同步发电机在尺寸及重量上仅是它们的1/3或1/5。由于此种发电机极对数较多，且操作上同时具有同步电机和永磁电机的特点，因此适合于采用发电机与风轮直接相连、无传动机构的并网形式。变速恒频策略是在定子侧实现的，通过控制变频器，将发电机输出的变频变压交流电转换为与电网同频的交流电，因此变频器的容量与系统的额定容量相同，存在谐波污染问题。
主要优点：
采用永磁发电机可做到风力机与发
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电机的直接耦合，不需要增速传动机构，这样可大大减小系统运行噪声，提高可靠性，便于维护。主要缺点是尽管实现了直接耦合，由于永磁发电机的转速很低，需要大体积的发电机，成本增加，不过由于省去了价格较高的齿轮箱，整个系统的成本还是降低了，一般用于风—柴油或风—光互补发电。
效率。
）采用变桨距和变速恒频技术。变桨距和变速2恒频技术为大型风力发电机的控制提供了技术保障。其应用可减小风力发电机的体积、重量和成本，增加发电量，提高效率和电能质量。）风力发电机直接驱动。直接驱动可省去齿轮3箱，减少能量损失、发电成本和噪声，提高了效率和可靠性。
）风力发电机无刷化。无刷化可提高系统的运4
行可靠性，实现免维护，提高发电效率。
）智能化控制。采用先进的模糊控制、神经网5模式识别等智能控制方法，可以有效克服风力络、
发电系统的参数时变与非线性因素。
）采用磁力传动技术和磁悬浮技术，使电机能6够“轻风起动，微风发电”。
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6开关磁阻发电机系统
开关磁阻发电机[8]具有结构简单、能量密度高、
过载能力强、动静态性能好、可靠性和效率高的特点。系统结构如图5所示。
图5开关磁阻电机发电系统结构图
作电动机运行时，励磁电流产生的旋转磁场使转子动作，改变相绕组通电顺序，电机可处于连续运动的工作状态；作发电机运行时，电机的各个物理量随着转子位置的变化作周期性变化，当电机相电感随转子位置变化减小时，给相绕组通以励磁电流，则在定子侧发生电磁感应，将机械能转化为电能。由于开关磁阻发电机运行时相当于一个电流源，电流波形脉动，易实现并网运行。当开关磁阻电低速性机运行在风力发电系统中时，起动转矩大、能好，常被用于小型(<30kW)的风力发电系统中。但其逆变器和驱动器容量大，开关磁阻电机容易出现力矩波动。
7技术发展趋势展望
为提高风力发电效率，降低成本，改善电能质量，减少噪声，实现稳定可靠运行，风力发电将向大容量、变转速、直驱化、无刷化、智能化以及微风发电等方向发展：
）风力发电机大型化。这可以减少占地，降低1
并网成本和单位功率造价，有利于提高风能利用———————————————————
收稿日期：2008-11-05。作者简介：沙
非（1982—），男，硕士，主要研究方向为电力系统变速恒频风力发电系统控制。
（编辑秦奋
）
变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究 变速恒频发电技术 变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。 目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。
风力发电机控制原理
风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统 概述： 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性： 1，风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示： P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。 2，叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。 3，变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。 三段控制要求： 低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。图３是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。由图４可知： Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率 转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，
风电产业创新分析
到位并做好自己责任内的功课，尽职尽责地动员和唤起员工们自主管理的积极性，则绩效管理必定能够成功提升整个组织的运作效率，从而促进组织目标的步步高升。 参考文献 [1] 邓小军，整合绩效管理与企业升值战略的实现[J]，价值工程，2010（5） [2] 殷新华，绩效管理运用及其关键[J]，企业技术开发，2006（1） Analysis of Common Difficulties in Performance Management Li Ping (Advanced Training Center of Shanxi Electric Power Company) Abstract: based on objective reality，This article content give in-depth analysis of common questions in Performance Management, and pointed out the roots of problems. These problems are common in sectors whose overall goals and targets at all levels are not easy to quantify and not clear enough. The problems are typical. Adopting the approach of drilling top-down analysis combined with the implementation process, the paper discussed common problems in Performance Management and pointed out the roots of the problems. Key words: performance management; management philosophy; self-management 风电产业创新分析 刘学鹏① 赵冬梅 (中山职业技术学院) 摘要：我国风电产业建设步伐加快，产业规模逐步扩大，风电已成为能源发展的重要领域。但我国风电发展尚处于起步阶段，存在风能资源评价和规划工作滞后、风电产业体系不健全、技术创新能力不强、关键技术和装备依赖进口、等问题。本文从风电制造信息精细化和技术创新的精细化出发，提出了叶片技术、偏航系统、控制监测系统、风机传动系统、风机与电网的柔性连接、高可靠性设计风电安装设备等几个方面的创新。 关键词：创新；制造信息精细化化；技术创新精细化 1 引言 近年来，新兴市场的风电发展迅速。中国本土企业的市场份额在风电设备领域越来越大，到2009年底这中国风机市场份额已超过了7成。过低的市场准入门槛是致使风电设备制造业在短时间内爆发性增长的主要诱因。但是我国风机产业增长背后却是一系列奇怪现象：进口设备多，价格昂贵，国产风机维修频率大大高于进口风机维修的频率，尤其是国产风机的齿轮箱、主轴、液压缸等电机元件的损坏问题比较严重。 为了尽快扭转风电装备制造业被动局面，我国的机械制造协会等部门正在抓紧修订风电装备制造业相关的设备技术标准，准备实施强制性论证，主要包括完整的风电机组整机和零部件技术标准，以及涵盖设计评估、质量管理体系评估、制造监督和样机试验等环节的认证体系，以提高风电设备制造业的准入门槛，促进我国风电产业的健康规范发展。 本文对风电产业从风电制造信息精细化和技术创新精细化的角度，结合风电产业创新方法、技术路线以及工艺流程，进行创新分析，提出了相关措施。 2 创新内容 风电产业的创新是一个系统工程，本文从以下几个方面进行论述。 2.1 风电制造信息精细化 建立符台我国自然环境和资源条件的风电设备标准、检测和认证体系，并积极准备建立 ①作者简介：刘学鹏、赵冬梅，中山职业技术学院。
变速恒频风力发电机组的无功功率极限
变速恒频风力发电机组的无功功率极限 申洪，王伟胜，戴慧珠 （中国电力科学研究院，北京100085） 摘 要：根据变速恒频风电机组的工作原理，建立了变速恒频风电机组的稳态数学模型，该模型考虑了风力机、双馈电机及其转速控制的稳态特性。在此模型的基础上，提出了计算变速恒频风电机组无功功率极限的方法，并对一变速恒频风电机组进行了计算分析，验证了所提方法的可行性。 关键词：变速恒频风电机；双馈电机；无功功率极限 1 引言 近年来世界风力发电发展迅速，风电装机容量平均每年以高于20%的速度增长。截止到2002年底，全世界风力发电装机容量约为31128MW，其中我国风电装机容量达468.42MW。目前，兆瓦级风力发电机组已逐渐取代600kW级的机组，成为国际上风力发电机市场的主力机型，风电机组正向着大型化、变桨距和变速恒频的方向不断发展和完善。 虽然变速恒频风电机组与固定转速的风电机组相比在性能上有较大改善，但由于风速变化的随机性，变速恒频风电机组的并网运行对电力系统而言仍然是一种波动的冲击功率，因而必须对这种风电机组的并网运行特性进行研究。变速恒频风电机组的发电机采用双馈感应电机，文献[1]~[3]对它的稳态模型进行了研究，建立了基于与定子磁场同步旋转的dq坐标系的数学模型。因为双馈发电机的转速和定子侧的无功功率都可以调节，所以转速控制规律和无功功率控制规律对变速恒频风电机组的稳态特性也有很大的影响。文献[1]、[2]介绍了转速控制和无功功率控制的基本思想，其中转速控制的目标是使风力机的功率系数最优，而无功功率控制则根据其接入的电力系统的实际运行方式可以设定为功率因数恒定或端电压恒定两种控制方式。 风电机组发出的有功功率主要取决于风速的大小，而无功功率则取决于风电机组的无功控制方案。一般风电场位于偏远地区，电网结构薄弱，当无功功率控制的设定值达到风电机组的无功功率极限时，一方面转子绕组发热将导致风电机组停机，另一方面由于不能向系统中提供或吸收足够的无功功率，将导致端电压降低或升高，严重时将导致系统电压失稳。因而研究变速恒频风电机组的无功功率极限是很有必要的。文献[4]对此问题进行了一定的研究，但它只讨论了发电机定子绕组中有功功率和无功功率的稳态运行域问题，并没有解决整个风电机组注入系统的有功功率和无功功率的稳态运行域问题。另外，该文献没有考虑转速控制规律的影响。
变速恒频风力发电技术研究
变速恒频风力发电技术研究 目录 摘要 ............................................................................ I Abstract ........................................................................ II 第一章绪论 . (1) 1.1风力发电研究的背景和意义及现状 (1) 1.2 风力发电系统组成及原理 (2) 1.2.1 风力机工作原理 (2) 1.2.2 风电系统 (3) 1.3 风力发电技术 (4) 1.3.1 定桨距失速调节型风力发电机组 (4) 1.3.2 变桨距调节型风力发电机组 (5) 1.3.3 主动失速调节型风力发电机组 (5) 1.3.4 变速恒频风力发电机组 (5) 1.4变速恒频风力发电技术 (6) 1.4.1 恒速恒频风力发电技术 (6) 1.4.2 变速恒频风力发电技术 (6) 第二章变速恒频风力发电电机及其系统 (10) 2.1变速恒频风力发电机组的运行原理 (10) 2.2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统 (12) 2.3 永磁发电机变速恒频风力发电系统 (13) 2.4 交流励磁双馈型变速恒频发电系统 (13) 2.5无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统 (14) 2.6磁场调制型变速恒频风力发电系统 (15) 第三章变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16) 3.1变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16) 3.2 双馈电机存在的主要问题 (16) 3.3 双馈电机的控制策略综述 (17) 3.3.1 双馈电机标量控制 (17) 3.3.2 双馈电机直接转矩控制 (18) 3.3.3 双馈电机转子磁场定向控制 (19) 3.4变速恒频双馈电机风力发电功率控制 (20) 3.5双馈电机风电场的无功功率控制技术 (22) 3.6风力发电机组的并网控制技术 (22) 3.7结论 (23) 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (26)
河北省风电产业发展概况
河北省风电产业发展概况
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河北省风电产业发展概况 风电场分布： 张家口： 一，2009年6月大唐张北乌登山风电场一期4.95万千瓦风电工程正式获得河北省发展和改革委员会的核准批复，大唐张北乌登山风电场位于河北省张北县大西湾乡区域。 二，七甲山风电场项目建设规模19.95万千瓦，拟安装单机容量1500千瓦风电机组133台，设计年发电量约4.62亿千瓦时。预计2010年全部并网发电。 三，尚义龙源风电场核准总装机容量为15万千瓦，总投资13.2亿元，将建设100台1500千瓦风电机组。预计2010年全部并网发电。 四，张北县绿脑包风电场核准总装机容量10.05万千瓦，将建设67台1500千瓦风电机组 目投资额为9.5亿元，年发电量约为2.42亿千瓦时，预计2010年全部并网发电。 五，2009年7月河北省张北县满井风电场风电项目全部建成投产。满井风电场风电项目单体容量达19.35万KW，是国内目前单体容量最大的风电场。满井风电场的建成，不仅对改善华北电网能源结构和有效改善北京、天津等华北地区的环境状况有重要的现实意义，而且也将有效地促进和带动当地经济的发展。满井风电场年可实现发电量约4.5亿KW.h 六，2010年1月，华电沽源九龙泉风电场一期（100.5MW）工程67台风电机组全部调试完成、顺利并网发电，成为国家规划的首个百万千瓦级风电基地中第一个实现全部投产发电的风电场。与此同时，这县还顺利入围了2009年中国新能源百强县。 为该风电场全部建成投产奠定了良好的基础。2009年12月31日67台风机全部并网发电，成为国家规划的首个百万千瓦级风电基地中第一个实现全部投产发电的风电场。截止目前，该县已实现累计并网发电18.3万千瓦。今年全县风电装机和开工总量将达到90万千瓦，实现并网发电50万千瓦，2012年可并网100万千瓦。2010年2月为止张家口市风电装机容量已突破200万千瓦，位居全省首位，成为全国风电装机容量最多的成市之一。 承德： 一，河北省红松风力发电股份有限公司经营业务为风力发电，至2006年底，承德红松风力发电有限公司已先后完成其投资风电项目的一、二、三期建设工程，总投资 8.86亿元，总装机158台，装机总量达到10.62万千瓦。装机10万千瓦的四、五 期工程也于年初开工建设，并网发电后，总装机容量将达到20.62万千瓦，年发电量可达2.68亿千瓦。 二，2009年12月随着张家湾项目风机的启动，河北省、承德市重点项目———由河北围场龙源建投风力发电有限公司等承建的4个49.5MW风电项目，在历时近一年零八个月的施工建设后，成功并网发电。其中49.5MW竹子下项目、49.5MW广发永实现了在华北坝上地区1500KW风电机组的计划。 三，2009年10月21日河北承德华能围场御道口牧场风电场二期工程场址位于河北省承德市围场县城西北的御道口牧场，距县城66km，海拔高度1390m～1578m。 风电场规划总装机规模249MW，分2期建设。本期为第二期，装机容量199.5MW，
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究 发表时间：2018-06-07T10:41:35.750Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：李琳[导读] 摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。 （大唐新能源黑龙江公司 150038）摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。 关键词：变速恒频；风力发电；技术研究前言：根据我国目前生态建设和可持续发展的需要，大力开发可再生能源已经成为了当下应用能源的新型趋势，而风能正是符合这一需求的可再生绿色能源。风力发电技术早在上个世纪就开始进行研究和应用，但是在一定程度上机组性能尚不完善，关键技术的研发未有突破，导致了风能利用率较低。在近些年逐步发展的变速恒频风力发电技术在一定程度上可以对此改善，在技术研究上也有了新突破。 1.风力发电的技术分析 1.1恒速恒频风力发电机组分析 恒速恒频风力发电机组是一种运行后叶轮不能根据风速的变化而发生变化的，是由电网频率决定的风轮转速和电能频率在运行时基本保持不变的风电机组。主要发展于上世纪八十年代和九十年代之间，曾经被我国广泛应用于风力发电，并在此期间不断被研究者优化的一种风力发电形式。恒速恒频风力发电机组最开始的容量只有几十千瓦级，逐步发展为兆瓦级，并且有着一系列优点，例如：性能稳定、操作简便等，但仍属于非智能操作系统。 在恒速恒频风力发电机组中，由两种较为常用的控制方式：主动失速控制和定桨距失速控制。其中，主动失速控制是应用于大容量机组的一种控制方式，这种控制方式可以使机组具有稳定的输出功率，也会有部分机组采用定桨距失速控制，但是，该方式的输出功率不稳定还会造成一定程度上的齿轮箱磨损。 在恒速恒频风力发电系统中，由于外界风速变化无常，但风力发电机本身的转速不会改变，就会造成数据的不准确，风机效率低下等状况。在风力发电中，要提高风力发电系统的发电效率是首要任务，在整个过程中捕获最大风能是要点，所以发电系统一直在向着目标改进发展。随着科学技术的发展，在风力发电方面也有了明显的突破，正如近年来慢慢发展并强大的变速恒频风力发电系统。 1.2变速恒频与恒速恒频的对比分析 变速恒频风力发电机组是当今的主流风力发电机组，是二十世纪末期发展起来的一种高效的风力发电方式。与恒速恒频风力发电机组相比，变速恒频风力发电机组有明显的优势。变速恒频风电机组可以应对不同风速大小，在不同风速下进行自身调节，最大化捕捉风能，提高风能的利用率。恒速恒频发电机组在遇到较大风力时，自身产生的较大电流会使自身结构遭到损害。变速恒频风力发电机组本身可以根据外界风速的变化进行自身调节，减少因力的相互作用而导致装置内部结构遭到破坏的现象，从而大大延长了机组的使用寿命。不仅如此，变速恒频风力发电机组主要是通过对内部转子交流励磁电流幅值、频率以及相位的控制，实现在变速下对于频率的恒定控制，，这种控制方式还可以达到对输出功率的控制，使装置运行更加灵活，以便于整个机组的运作。 2.变速恒频风力发电的关键技术分析 2.1变速恒频风力发电工作原理 在变速恒频风力发电机组中，主要的三个部，分是风力机、发电机和辅助构件。变速恒频风力发电的基本工作原理是风力机构件中的叶轮吸收风能，在风能的作用下发生转动，使之转化为机械能，而后，叶轮的转动带动齿轮箱工作，产生机械能，再将产生的机械能通过发电机转化为电能，并经过一定转化输入电网，再由电网对各个用户进行传输。 目前的变速风力发电系统完全实现了机械自动化，属于智能运作系统，不需要人工调节，可以根据风速风力进行自身调节，适应外界变化。对于变速恒频发电机组而言，在额定风速以上运行时，可以使叶轮上的载荷控制在安全值内，并且，有效的调节风电机组吸收的能量。风力机的叶轮由于质量较大，具有较大的惯性，在变桨控制产生作用时，叶轮不会及时发生变化，通常情况下会滞后一定时间才能有所表现，这一情况很容易使功率有大幅度的波动。所以，在额定风速上运行时，需要用发电机转矩来进行快速的调节，来保证输出稳定的能量。当机组处于额定风速以下时，可以通过提高对发电机转矩的控制，使机组变速运行，以达到提高能量转换率的目的。 2.2变速恒频发电系统 交流励磁双馈发电系统：这种发电系统内部的主要结构有叶轮、齿轮箱、发电机、四象限变频器、交流励磁控制器、检测装置以及风力发电控制器等，其内部还存在滑环和电刷。馈电方式为装置内部转子绕组通过交流—交流的方式或是交流—直流—交流方式的变频器提供相关数据可以调节的电源，定子绕组接电网。交流励磁控制器还可以通过对于转子变频器输出的电压、幅值、相位以及频率的控制来调节转矩和定子的无功功率。在装置中，变频器提供给转子低频旋转磁场，且满足公式：ω1=ωs±ωr。其中ω1代表定子磁场同步转速，ωs代表整个磁场旋转速度，ωr代表转子机械旋转速度。 无刷双馈发电系统：这种电力系统的深入研究始于上世纪七十年代末，在此期间的几十年中，主要由美国Wisconsin大学、Ohio州立大学等高等院校对无刷双馈发电系统进行深入研究。其内部结构主要有电网、功率绕组、控制绕组、变频器、无刷电机、风力机等。在其内部定子上，一般有两套三相对称绕组，一个为主绕组，一个为副绕组。一般由工频交流电源直接为主绕组供电，如果副绕组短路，系统能够在异步运行方式下运作。无刷双馈发电系统内部的转子一般分为磁阻转子和笼形转子两类，其中，磁阻转子以ALA型较为常见，笼形以笼形短路绕组转子较为常见。 在风力发电系统的研究中表明，无电刷和滑环的发电转子在应用中更为稳定耐用，可靠性强。并且，发现在所有的发电系统研究中双馈型有刷及无刷的变速恒频控制在性能上都较为优越，较为常用，可以在此结论的基础上进一步对于双馈型变速恒频空间展开研究，进一步发展我国变速恒频风力发电的应用。 3.结语
风力发电控制系统
贝加莱风力发电控制系统 2009-05-18 09:24 1、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展，即使在金融危机的大形势下，风力发电行业仍然不断的加大投资。在2008年，风力发电仍然保持着30%以上的强劲增长势头，包括Vestas、Gemsa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。 国内的风力发电控制技术起步较晚，目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统，价格高昂且交货周期较长。开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程，一方面，由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高，而造成陷入激烈的价格竞争，另一方面，寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。 然而，风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求，这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求，而B&R的控制系统，在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计，在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。 2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素，发电机组的转速等诸多因素的影响，因此，它包含了复杂的控制算法设计需求，而这些，对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求，而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力，不仅仅是这些，还包括了以下一些关键技术： 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制，而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展，复杂控制将越来越多的应用于机器，而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用，PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向而设计了PCC 产品来满足这一未来的需求。 为了满足这种需求，PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统（OS）上，支持高级语言编程，对于风力发电而言，变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂，这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计，并且，代码安全必须事先考虑，以维护在研发领域的投资安全。 2.1.2功能块调用 PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic库
恒速恒频风力发电系统的数学模型
恒速恒频风力发电系统的数学模型 为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型风轮机、传动机构和异步发电机的模型。本文以恒速恒频风力发电系统为研究对象，它主要由风力机和异步风力发电机等主要元件组成。我们着重于风电场与系统相互影响问题的研究，与之密切相关的环节，其数学模型将详细地描述。数学模型的建立为研究风电场的运行特性和风电场并网运行带来的稳定问题以及研究电力系统接入一定规模的风电场的可行性提供了基本的工具。 2.1 风电场及风力发电机组简介 风力发电场是将多台并网风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电，简称风电场。风力发电形式可分为“离网型”和“并网型”“离网型”有：(1)单机小型风力发电机；(2)并联的小型或大型孤立的风力发电系统；(3)与其它能源发电技术联合的发电技术，如风力／柴油发电机联合供电系统。“并网型”的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到儿百兆瓦，由于十台甚至成百上千台风电机组构成。并网运行的风力发电场可以得大大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，也是近儿年来风电发展的主要趋势。在日益开放的电力市场环境下，风力发电的成本也将不断降低，如果考虑到环境等因素带来的间接效益，则风电在经济上也具有很大的吸引力。 风电场的发电设备为风力发电机组，发电机经过变压器升压与电力系统连接，如图2．1
图2-1风电场与电力系统连接图 在风场内，风机与变电所之间的连接有两种方式：场地布置相对集中时用电缆直埋；场地布置相对分散时用架空lOkV 线路。一般有两种供电方式如图2-2：一是采用一台风机经一台箱式变电站就近升压；二是采用两台或多台风机经一台箱式变电站就近升压。 2.2 异步发电机的稳态数学模型 为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型、风轮机、传动机构和异步发电机的模型。首先异步发电机与异步电动机在能量转换过程中各功率损耗之间的关系不同，如图2-11。步发电机的功率转换是将输入的机械功率己转换为输出电功率，它的特点在于其转子的转速比定子产生的旋转磁场的转速更高。自然风吹动风轮机叶片，将风能转化为机械能，由此获得的机械功率只扣除掉机械损耗Pm 。和附加损耗mc P 后即为传递到异步发电机转子可转换的机械功率mec P 。在等效电路中对应可变电阻(1-s)／s(s<0)上的电功率，扣除转子铜耗1cu P 和铁心损耗fe P ，得到输入定子绕阻的电磁功率me P ，再扣除定子铜耗1cu P ,即得到注入电网的电功率Pe 。上述功率流向可表达为 ad me mec m P P P p ++= (2-1)
风力发电中的变速恒频技术综述
风力发电中的变速恒频技术综述 1引言 风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。进而带动发电机组发电的能源技术。由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。风力发电又进入迅速发展阶段。先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。 图1风力发电机群 最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点： （1）风力发电机单机容量稳步变大。现在单机容量已达到兆瓦级； （2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术； （3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效； （4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。 2 风力发电机的气动功率调节方式 气动功率调节是风力发电的关键技术之一。风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。功率调节方式主要有三种。 （1）定桨距失速调节 这种调节方式下，桨叶与轮毂刚性联接，桨距角度保持不变。随着风速增加，攻角增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，上下翼面压力差减少，阻力增加，升力减少，造成失速，从而限制功率增加。整机结构简单、部件少、安全系数较高，但翼型结构复杂，制造困难，机组额定功率增加后，叶片加长，
变频技术在变速恒频风电系统的应用
变频技术在变速恒频风电系统的应用摘要：变速恒频异步风力发电技术特别是双馈异步发电技术在风力发电中得到了广泛的应用。本文在阐述变频技术在风力发电系统应用的基础上，对变速恒频异步风力发电系统的不同的拓扑结构和控制策略进行了分析，并介绍了变速恒频双馈异步风力发电技术的研究热点以及清能华福风电技术XX的产品QHVERT-DFIG-1500B型变流器。 关键字：风力发电、变速恒频、变频技术 一、引言 中国的风能资源十分丰富，目前已经探明的风能储量约为3226GW，其中可利用风能约为253GW，主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿上。根据统计，截至到2006年底，中国大陆地区已建成并网型风电场91座，累计运行风力发电机组3311台，总容量达259.9万kW（以完成整机吊装作为统计依据）。已经建成并网发电的风场主要分布在XX、内蒙、XX、XX、XX等16个省区。根据电监会公布的数据，截至2006年底,中国发电装机容量达到62200万kW，风力发电占全国总装机容量的0.42%。截至到2006年底，全世界总风电装机容量已经达到7390.4万kW，其中德国总装机容量2062.2万kW，位居世界第一，中国2006年风电新增装机容量仅次于美国、德国、印度和西班牙，列第五位；总装机容量列世界第六位。因此，风力发电将成为我国最具大规模开发前景的新能源之一。 风力发电系统主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步
电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定，其运行X围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。变速恒频风力发电系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度X围内按照最佳的效率运行，是目前风力发电技术的发展方向。对于风机来说，其调速X围一般在同步速的50%～150％之间，如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同步电机系统，变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当，这是非常不经济的。双馈异步风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仅仅是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，该结构适合于调速X围不宽的风力发电系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。 本文将从变速恒频异步风力系统的拓扑结构及其控制技术两个方面对变频技术在风力发电中的应用进行综述，以反映变频技术在风力发电中的发展情况。 二、变速恒频异步风力发电系统拓扑。 采用绕线异步电机作为发电机并对其转子电流进行控制，是变速恒频异步风力发电系统的主要实现形式之一。主要的拓扑结构包括交流励磁控制，转子斩波调阻以及由上述两种拓扑结构结合发展而来的混合结构。 1.交流励磁结构 交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的电流进行励磁，这种方式的变频装置通常使用交交变频器，矩阵变换器或交直交变频
中国风电产业现状与展望
施鹏飞Shi Pengfei 施鹏飞，教授级高级工程师，现任中国可再生能源学会风能专业委员会（中国风能协会）副理事长。1981年作为访问学者到荷兰和英国进修风能利用专业。曾任中国风能技术开发中心国际合作部主任，电力部水电总院新能源处处长、副总工程师，中国水电工程顾问集团公司专家委员会委员。主要从事风电场项目的规划、组织编制风电前期工作的规程规范等。 ?Mr. Shi Pengfei is a Senior Consultant for wind power, now is serving as Vice president of Chinese Wind Energy Association (CWEA). He mainly worked on the pre-construction phase of wind power projects, including resource assessment, planning, project proposal, feasibility study, wind farm design, standard formulation, etc. ?Before 2010, he was Member of Expert Committee, HYDROCHINA Co.. Since 1998 to 2000 he was Vice Chief Engineer, and from 1995 to 1998 he was Director of New Energy Division of Hydropower Planning General Institute, Ministry of Electric Power. ?1984-1994 he was Head of Liaison Division, Chinese Wind Energy Development Center (CWEDC), responsible for international cooperation. ?During 1981 and 1983, Mr. Shi went to Europe as a visiting scholar, worked in Energy Center of the Netherlands (ECN) for test of 300kW experimental wind turbine, and later in the Department of Engineering, Reading University of UK for Wind/diesel power system research.
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨
安全管理编号：LX-FS-A56593 变速恒频双馈风力发电系统控制技 术的探讨 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
变速恒频双馈风力发电系统控制技 术的探讨 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 变速恒频双馈风力发电系统是当前风力发电的核心技术，在这一系统运行过程中对其进行针对控制具有重要意义。专业的控制是保证变速恒频双馈风力发电系统正常运行的重要前提。针对该发电系统的控制主要是集中在电网低压故障时的双变流器控制以及网侧变流器的控制。本文将结合发电系统原理来探讨如何实现科学高效的专业控制。 变速恒频风力发电技术,是当前运行效率较高,电能质量较优的的发电技术。这项技术在风力发电领域中有着广泛应用。随着我国能源形势的日益紧张,变
变速恒频风力发电机组输出特性分析
收稿日期:2007212211. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50577018);高等学 校学科创新引智计划(B08013);长江学者和创新团队发展计划(IRT0515);华北电力大学重大项目预研基金资助项目. 变速恒频风力发电机组输出特性分析 胡冬良,赵成勇 (华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,河北保定071003) 摘要:以变速恒频风力发电系统为研究对象,依据发电机数学模型和交流电机矢量变换控制原理,设计了交流励磁变速恒频(VSCF )发电机定子磁链定向的矢量变换控制系统,对转子侧变换器建立了外环定功率控制内环定电流控制的双闭环控制结构,实现双馈发电机定子有功P 和无功Q 的解耦控制,从而获得最大风能捕获的高效发电运行。并在PSCAD/EM TDC 仿真环境下建立了变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型。以渐变风和阵风为例,对由5台单机容量为2MVA 双馈感应电机(DFIG )组成的风电场并网前后的运行特性进行仿真研究,通过仿真分析,揭示了风电场并网运行的动态特性,并验证了数学模型和控制策略的正确性和有效性。 关键词:变速恒频发电机组;双馈感应电机;矢量变换控制;最大风能捕捉 中图分类号:TM614;TP391 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2008)04-0001-06 The output characteristic analysis of variable 2speed constant 2frequency wind generating set HU Dong 2liang ,ZHAO Cheng 2yong (K ey Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education ,North China Electric Power University ,Baoding 071003,China ) Abstract :The system of variable s peed constant frequency (VSCF )wind power generation is taken as study object in this paper.According to the generator mathematical models and the control principle of vector 2oriented ,the control system of AC excitation VSCF generator is designed based on stator flux orientation.The rotor converter ado pts double locked loops control https://www.360docs.net/doc/b217487919.html,ly ,the external 2loop is controlled by constant power and the inner 2loop is con 2trolled by constant current ,which implement the decoupling control of active power P and reactive power Q to the stator.Consequently ,the maximal energy capture is obtained to operate with high 2active power generation.Moreover ,a whole dynamic model of double fed induction generator (DFIG )is presented using PSCAD/EM TDC.Then the ram p change of wind speed and gust are taken for example.The operation characteristic of wind farm interconnected net 2work ,which is composed by five DFIG with 2MVA capacity ,is simulated.The interconnecting dynamic performance of wind farm is validated by simulation experiment.The results also show the mathematic model and control strate gy is exact and effective. K ey w ords :variable speed constant frequency (VSCF );double fed induction generator (DFIG );vector transform control ;maximal energy capture 0 引 言 风力发电以其清洁、可再生、技术成熟、风 力资源丰富等优势,日益受到人们的重视,并得 到许多国家能源政策的支持。近年来,随着电力发电技术的发展,变速恒频风力发电机组已逐步成为MW 级风力发电机组的主流机型。变速恒频风力发电机组与恒速恒频风力发电机组相比有显著的优越性[1]:低风速时它能够根据风速变化,在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能;高风速时利用风轮转速的变化,存储或释放部分能 第35卷第4期2008年7月 华北电力大学学报Journal of North China Electric Power University Vol 135,No 14 J ul 1,2008