风力发电系统结构

风力发电系统结构在风力发电系统中，电器部件主要有发电机和变流器。两者不同的设计和组合产生了多种不同的风力发电系统，可分为三类：1）不带变流器的定速风力发电系统；2）基于部分功率变流器的风力发电系统；3）基于全功率变流器的风力发电系统。不带变流器的定速风力发电系统定义发电机通过变压器直接接入电网使用笼型异步发电机发电机的转速取决于电网频率和电子绕组极数一个4极60HZ的兆瓦级发电机，其运行转速稍高于1800r/min。在不同转速下，发电机转速稍有变化，变化小于其额定转速的1%。原理为了使风能在额定风速下发出额定功率，风力机于发电机间接齿轮箱，以配合转速差异启动时需要软启动器来限制浪涌电流，启动后，软启动器由一个旁路开关进行旁路。正常工作时，不需要任何变流器通常用一组三相电容器来补偿异步电机所吸收无功功率特点缺点功能简单，制造和维护成本低，运行可靠额定风速下才能提供额定功率，其他风速下，能量转换效率低注入电网的功率随风速波动，对电网造成扰动尽管有这些缺点，这种发电系统仍然被行业广泛接受，额定功率可达到兆瓦级一个商业运行的定速风力发电系统基于部分功率变流器的变速风力发电系统变速运行有一系列优点：他提高能量转换效率，降低阵风引起的机械应力，进而对风力机的结构和机械设计产生积极影响，使大型风力发电机组成为可能；还减少变速箱和轴承磨损，延长系统寿命，降低维护需求缺点：需要变流器来控制电机转速，增加了系统成本和复杂性然而，变流器使发电机和电网相互独立，并可以控制电网侧有功和无功功率变速风力发电系统，根据变流器容量相比系统总容量的关系分为两类：部分功率变流器和全功率变流器。基于部分功率变流器的变速风力系统只能与绕线转子异步发电机一起运行，通过控制电机转子电流来实现变速运行，不需要通过系统的全部功率。该绕线转子异步发电机有两种配置方法：一种是采用可变电阻；一种是采用部分功率的四象限变流器带可变转子电阻的绕线转子异步发电机转子回路带可变电阻的绕线转子异步发电机转子电阻变化会影响发电机的转矩/转速特性，从而实现变速运行转子电阻通常由变流器调节速度调节范围一般限于同步速以上10%随系统变速运行，风力机可捕获更多风能，但同时在转子电阻上有能量损失，这种系统一般配软启动器及无功功率补偿带可变转子电阻的风力发电系统实例带转子侧变流器的双馈异步发电机配置和绕线转子异步发电机基本一样只是1绕线转子异步发电机转子回路可变电阻换成连接电网的变流器2不需要软启动器和无功补偿，该系统功率因数可由变流器调节，变流器只要处理转子回路中转差功率，因而容量大约是发电机额定功率的30%。与使用全功率来比，该成本较低特点该变流器允许转子回路的功率双向流动，从而提高发电机的转速变化范围和定速系统及带可变电阻的系统来比，该系统整体功率转换效率提高了，发电机转速变化范围增大了约±30%，动态性能增强了，这些特点使双馈异步发电机发电发电系统广泛为市场接受基于双馈异步发电机的商用风力发电系统实例带全功率变流器的变速系统可大幅增强风力发电系统性能发电机通过全功率变流器接入电网笼型异步发电机、绕线转子同步发电机、永磁同步发电机都可采用这种方式并网，额定功率可达数兆瓦变流器额定功率通常和发电机相同由于使用变流器，发电机和电网完全解耦，并可在全部转速范围内工作系统可以和电网平稳连接，并进行无功功率补偿主要缺点是成本增加，系统更加复杂下面给出一些商用运行的带全功率变流器的风力发电系统实例，包括带齿轮箱的系统和直驱系统，详细列出了系统的额定功率，风力机转速、发电机类型以及变流器拓扑，在这种类型的风力机中，常见的变流器拓扑有背靠背结构的两电平电压源变流器(2LVSC)、二极管整流桥加DC/AC升压变流器和两电平电压源变流器以及背靠背结构的三电平中点箝位变流器（3LNPC）带全功率变流器的风力发电系统