新風(fēng)光直驅式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器裝置
風(fēng)力發(fā)電是目前最具有形成規�；妥罹邆渖虡I(yè)化的可再生能源技術(shù)。而實(shí)際上風(fēng)力發(fā)電在很大程度上取決于變速恒頻發(fā)電系統的發(fā)展，變速恒頻發(fā)電系統已經(jīng)成為MW級以上風(fēng)力發(fā)電機組的主流技術(shù)。
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1/4~1/3，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)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，初始成本相對較高。
1 控制原理
MW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。
采用圖1主電路拓撲，通過(guò)Boost 升壓穩壓環(huán)節將很好地控制后端逆變器的輸入直流電壓，即不論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。
采用圖2 主電路拓撲，通過(guò)PWM 可控整流技術(shù)，可以很好地處理發(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)須額外增加濾波器，便能使網(wǎng)側電流諧波失真系數THD<國標5%的要求。
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司利用多年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)，成功研制并已成功用于風(fēng)力發(fā)電項目中的直驅式風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器，其技術(shù)特點(diǎn)有：
1)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;
2)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，極大地減小了網(wǎng)側電流總諧波;
3)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)側諧波電流;
4)MW 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)電項目的系統控制，同時(shí)有益于減小電流總諧波;
5)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)使并網(wǎng)功率最大化;
6)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;
7)具有過(guò)熱、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 是并網(wǎng)電流為60 A 時(shí)的網(wǎng)側電壓電流波形圖，圖4是并網(wǎng)電流為100 A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)側電流的諧波失真系數(THD)越來(lái)越小，即整體效率越來(lái)越高。
4 結語(yǔ)
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。
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