李慶玲

(青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266404)

1 引言

風(fēng)能清潔、可再生，是未來生活中的理想能源，所以風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)在國內(nèi)外受到廣泛關(guān)注。怎樣實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲,提高風(fēng)電機(jī)組的效率是熱點(diǎn)話題。對于并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雙饋異步發(fā)電機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)是主要發(fā)電機(jī)機(jī)型[1]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁單元，可給同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供勵(lì)磁電流[2]。對于需要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)而言，如何優(yōu)化它的勵(lì)磁系統(tǒng)，使之更加適用風(fēng)力發(fā)電場，是這一領(lǐng)域急需要解決的問題。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組撲捉風(fēng)動(dòng)能，將它轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成電能。發(fā)電機(jī)是風(fēng)電機(jī)組中很關(guān)鍵的組成部分之一[4]。典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組如圖1所示，主要系統(tǒng)部件包括三葉片、發(fā)電機(jī)、全功率變流器、變槳及主控等。

圖1 典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成

3 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁

同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，無論采用自勵(lì)系統(tǒng)還是他勵(lì)系統(tǒng),均是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組兩端的勵(lì)磁電壓,進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢[5],達(dá)到穩(wěn)定端電壓的目的。典型的帶自勵(lì)整流勵(lì)磁系統(tǒng)直驅(qū)同步發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示，交流電經(jīng)過功率器件轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷骱蠊┙o同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。

圖2 直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)

改進(jìn)后的勵(lì)磁單元是在直驅(qū)風(fēng)力同步發(fā)電系統(tǒng)全功率變流器上附加一個(gè)勵(lì)磁單元，此勵(lì)磁單元輸入端連接于變流器中間直流環(huán)節(jié)，輸出經(jīng)平波電抗連供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組[3]。此勵(lì)磁單元不再需要單獨(dú)的供電部分，因此減少了功率器件的應(yīng)用，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性。勵(lì)磁單元還可根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流輸出，使勵(lì)磁磁場可調(diào)。改進(jìn)勵(lì)磁方案后直驅(qū)同步發(fā)電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 改進(jìn)直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)

4 勵(lì)磁單元驗(yàn)證

勵(lì)磁單元接入變流器，進(jìn)行了變流器控制系統(tǒng)的基本調(diào)試，及帶實(shí)際同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接測試[6]。圖4為調(diào)試現(xiàn)場變頻器機(jī)組，勵(lì)磁單元及同步發(fā)電機(jī)。

圖4 變頻器、勵(lì)磁單元、風(fēng)機(jī)聯(lián)調(diào)

測試系統(tǒng)參數(shù)：

同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)：額定功率2200kW,額定電壓690V，額定勵(lì)磁電流58A，最大勵(lì)磁電流85A。

系統(tǒng)測試項(xiàng)目：

軟件控制啟/停機(jī)流程。

額定勵(lì)磁電流下，測量同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁回路入口電壓波形及du/dt值。

額定勵(lì)磁電流下，檢測輸出勵(lì)磁電流波形及出電流輸出動(dòng)態(tài)特性即響應(yīng)時(shí)間。

逐步改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，觀測同步發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電壓電流等特征參數(shù)

從與同步發(fā)電機(jī)連接的實(shí)際測試結(jié)果來看，輸出勵(lì)磁電流紋波低于2%的設(shè)計(jì)指標(biāo)，端電壓du/dt值滿足小于1200V/us的要求。

表1 勵(lì)磁單元實(shí)測數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

變流器系統(tǒng)加了勵(lì)磁單元，雖然增大全功率變流器的體積、制造成本，但與原始的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比，降低了勵(lì)磁系統(tǒng)成本，可靠性得以提高。因此，帶有勵(lì)磁單元的全功率變流器，電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，二者組成的直驅(qū)風(fēng)力同步發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)優(yōu)化，性能良好，在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域?qū)⒂懈玫那熬啊?/p>