风电机组拓扑结构

并网风力发电机组的基本类型及其变流器的基本拓扑3.1发电机组基本类型（1）恒速系统笼型/绕线型转子异步风力发电机系统SCIG：鼠笼式感应（异步）发电机WRIG：绕线式感应（异步）发电机（2）半变速系统双馈型风力发电机系统（有齿轮箱）DFIG：双馈感应发电机CROWBAR：转子侧保护电路（3）全变速系统电励磁/永磁同步直驱型风力发电机系统（无齿轮箱）PMSG:永磁同步发电机优缺点比较风电机组的主要类型：直驱型风力发电机组，半直驱型风力发电机组，双馈型风力发电机组、笼型/绕线式异步风力发电机组。各种类型发电机的对比（1）笼型异步发电机成本低、可靠性高，在定速和变速全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色；（2）双馈异步发电机系统具有最高的性价比，特别适合于变速恒频风力发电将在未来数年内继续成为风电市场上的主流产品；（3）直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速，利用新技术有望大幅度减小低速发电机的体积和重量。（a）采用笼型异步电机（SCIG）作为发电机，A型风力发电机的转速变化范围通常较小（1～2%），是定速风力发电机。（b）为采用绕线式异步电机（WRIG）的转差控制型风力发电机，其调节范围较小通常在5~10%，并且不具有无功功率控制和电压控制的能力。（c）为采用双馈电机（DFIG）作为发电机的双馈型风力发电机，突出优点是变流器容量较小（通常为25～40%），既能满足风力机调速范围的要求又降低了变流器的容量，具有较强的价格优势，并且在采用适当的控制策略后它也能够满足电网对风力发电机的要求，如有功功率——频率控制和无功功率——电压控制等。（d）采用全功率变流器实现风力发电机的全范围调速，所采用的发电机可以为永磁同步发电机或绕线式同步发电机等，这一类型的风力发电机需要变流器容量较大（约为120%的额定容量），但这一类型的风力发电机可以实现发电机与电网的完全解耦，从而较容易满足电网的要求。另外，D型风力发电机具有可以节约齿轮箱的优势，如同步直驱型完全不需要齿轮箱。相对于A型风力发电机而言，B型、C型和D型风力发电机均属于变速风力发电机。与定速风力发电机相比，变速风力发电机主要优点：1)具有较高的性价比，并且能够降低变桨距机构的控制要求，在变速情况下，变桨距机构通常是用于在高风速时限制风力机的最大风能捕获；2)变速风力发电机具有较小的机械应力，并且能够利用机械惯性对阵风进行储能；3)能够对塔影效应引起转矩和功率的低频脉动进行动态补偿；4)能够提高系统的效率和发电量，即变速风力发电系统能够使其转速随着风速改变而改变，从而实施最大风能捕获（MPPT）控制；5)能够减小噪音。3.2变流器的基本拓扑（1）双馈型电压型风机变流器结构网侧变流器采用基于LCL滤波的PWM变流器设计（2）全功率电压型风机变流器结构二极管不控整流+升压斩波（boost）+三相电压型逆变器双PWM变流器三电平（3）全功率电流型风机变流器结构（4）全功率混合型风机变流器拓扑（5）矩阵型风机变流器拓扑