變頻技術變速恒頻異步風力發電系統中的應用

    一、引言

    中國的風能資源十分豐富，目前已經探明的風能儲量約為3226GW，其中可利用風能約為253GW，主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。根據統計，截至到2006年底，中國大陸地區已建成并網型風電場91座，累計運行風力發電機組3311臺，總容量達259.9萬kW（以完成整機吊裝作為統計依據）。已經建成并網發電的風場主要分布在新疆、內蒙、廣東、浙江、遼寧等16個省區。根據電監會公布的數據，截至2006年底,中國發電裝機容量達到62200萬kW，風力發電占全國總裝機容量的0.42%。截至到2006年底，全世界總風電裝機容量已經達到7390.4萬kW，其中德國總裝機容量2062.2萬kW，位居世界第一，中國2006年風電新增裝機容量僅次于美國、德國、印度和西班牙，列第五位；總裝機容量列世界第六位。因此，風力發電將成為我國最具大規模開發前景的新能源之一。

    風力發電系統主要有恒速恒頻風力發電機系統和變速恒頻風力發電機系統兩大類。恒速恒頻風力發電系統一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發電機，通過定槳距失速控制的風輪機使發電機的轉速保持在恒定的數值繼而保證發電機端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運行范圍比較窄，只能在一定風速下捕獲風能，發電效率較低。變速恒頻風力發電系統一般采用永磁同步電機或者雙饋電機作為發電機，通過變槳距控制風輪使整個系統在很大的速度范圍內按照最佳的效率運行，是目前風力發電技術的發展方向。對于風機來說，其調速范圍一般在同步速的50%～150％之間，如果采用普通鼠籠異步電機系統或者永磁同步電機系統，變頻器的容量要求與所拖動的發電機容量相當，這是非常不經濟的。雙饋異步風力發電系統定子和電網直接相連接，轉子和功率變換器相連接，通過變換器的功率僅僅是轉差功率，這是各種傳動系統中效率比較高的，該結構適合于調速范圍不寬的風力發電系統，尤其是大、中容量的風力發電系統。

    本文將從變速恒頻異步風力系統的拓撲結構及其控制技術兩個方面對變頻技術在風力發電中的應用進行綜述，以反映變頻技術在風力發電中的發展情況。

    二、變速恒頻異步風力發電系統拓撲