風(fēng)電變流器試驗(yàn)方法研究

賓彬

摘 要：在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于風(fēng)電變流器的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)恒頻發(fā)電在寬風(fēng)速范圍內(nèi)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸鏈以及風(fēng)機(jī)整體效率的工作情況，提升風(fēng)能利用率，基于此，本文將著重分析探討風(fēng)電變流器試驗(yàn)方法，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電變流器；試驗(yàn)；措施

1 風(fēng)電變流器類(lèi)型

1.1 不可控整流變流器

對(duì)于不可控的整流變流器，其主要是應(yīng)用二極管整流，有著比較低的功耗，并且不可控整流變流器的結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單。在達(dá)到一定的風(fēng)速風(fēng)力時(shí)，風(fēng)力機(jī)就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)電力二極管的整流，并通過(guò)穩(wěn)壓濾波電容，將直流電送入逆變器后進(jìn)行逆變，然后饋入電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，其輸出的直流電壓平均值最大，隨負(fù)載增加，其平均值減小。二極管承受的最大反向電壓，接近線電壓的峰值，因此對(duì)二極管的耐壓程度要求較高。

1.2 Boost斬波型變流器

Boost斬波型變流器主要應(yīng)用的是斬波升壓以及二極管不控整流。通過(guò)不可控的整流之后，之前發(fā)電機(jī)中發(fā)出的交流電會(huì)變成直流電，在經(jīng)過(guò)Boost斬波電路之后，通過(guò)穩(wěn)壓電容以及儲(chǔ)能電感組成的Boost斬波電路實(shí)現(xiàn)升壓，然后通過(guò)可控逆變器將其變成恒頻恒壓的交流電饋入電網(wǎng)。

因?yàn)锽oost斬波型變流器應(yīng)用的是Boost升壓斬波電路，所以它有著更加穩(wěn)定的直流母線電壓，在和不可控的整流變流器進(jìn)行比對(duì)的時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)Boost斬波型變流器的應(yīng)用可以跟蹤號(hào)最大功率，可以不用矢量控制來(lái)控制永磁同步發(fā)電機(jī)，并且可以省去一些復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。因?yàn)閼?yīng)用了比較少的功率器件，所以可以降低開(kāi)關(guān)的損耗。因?yàn)殡娏饔兄容^高的紋波，在一定程度上回對(duì)電機(jī)的定子電流造成影響，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，所以我們要應(yīng)用大容量的電感來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流紋波的降低。這樣的Boost斬波型變流器結(jié)構(gòu)有著操作簡(jiǎn)單、并且有較高的可靠性等的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 背靠背式變流器

針對(duì)于背靠背式的變流器，通過(guò)中間的直流環(huán)節(jié)電容將網(wǎng)側(cè)逆變器和機(jī)側(cè)整流器連接在一起，并且網(wǎng)側(cè)逆變器和機(jī)側(cè)整流器有著一樣的結(jié)構(gòu)。通過(guò)機(jī)側(cè)變流器有效的控制好永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，最終保證控制好發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此跟蹤控制好最大功率。背靠背式的變流器通常應(yīng)用的是IGBT的兩電平電壓源結(jié)構(gòu)。

2 風(fēng)電變流器試驗(yàn)方法

2.1 交—直—交交流傳動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)

如下圖1所表示的，首先是供給異步電機(jī)交流，通過(guò)變頻器在整流器逆變器中的通過(guò)，而當(dāng)異步電機(jī)在取得了相應(yīng)的電量之后，通過(guò)將直流發(fā)電機(jī)的同軸帶動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電工作，然后是實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)直流發(fā)電機(jī)所發(fā)出的直流電，在最后，通過(guò)實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)對(duì)三相交流同步發(fā)電機(jī)的同軸帶動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的回饋，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的工作中，我們主要是通過(guò)對(duì)每個(gè)電動(dòng)機(jī)有關(guān)勵(lì)磁電流的改變，以此實(shí)驗(yàn)各種變流器特性。

2.2 逆變器—電動(dòng)機(jī)—逆變器互饋試驗(yàn)系統(tǒng)

如下圖2所表示的，用變流器給電，以此將異步電機(jī)1同軸帶動(dòng)同軸帶動(dòng)，而通過(guò)異步電機(jī)2發(fā)出電能，將異步電機(jī)2發(fā)出的電能在經(jīng)過(guò)逆變器2之后，進(jìn)而再回饋給逆變器1的輸入端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)工作。

盡管應(yīng)用上面的這兩種技術(shù)方案都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)的開(kāi)展，但是值得注意的一點(diǎn)是：以上兩種技術(shù)方案都不容易受到很好的控制，所以它的可靠性以及安全性不是特別的高，并且整體的機(jī)組損耗也比較高，最終導(dǎo)致整體能量利用率的低下。并且，風(fēng)電變頻器有著比較大的功率，也有著較廣的工作頻率，這對(duì)電機(jī)的性能提出了更高的要求，產(chǎn)生的諧波會(huì)在一定程度上污染到電網(wǎng)。

2.3 風(fēng)電變流器環(huán)形功率回饋試驗(yàn)法

（1）保證接好被實(shí)驗(yàn)變頻器的有關(guān)控制線路以及主電路，接好電感負(fù)載在逆變系統(tǒng)的交流負(fù)載輸出端。（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器電力電子功率器件的有效控制，主要是應(yīng)用PWM方式，控制好變頻器電力電子功率器件的開(kāi)和關(guān)，以此保證交流輸出可變頻變壓通過(guò)逆變輸出端，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸出端負(fù)載的調(diào)節(jié)，保證其通過(guò)的大電流的穩(wěn)定性。（3）在風(fēng)電變流器環(huán)形功率回饋試驗(yàn)法的試驗(yàn)過(guò)程中，有效的電流是比較大的，在1800A左右，但是實(shí)際工作中卻由于對(duì)微阻抗大電流電感的應(yīng)用而用以負(fù)載，所以有效壓降比較低，差不多在70V，也就說(shuō)在過(guò)程中所消耗的有功功率是比較低的。以1800A的被試驗(yàn)變頻器的負(fù)載導(dǎo)通線電流，70V的負(fù)載有效線壓降以及0.85的功率因數(shù)為例說(shuō)明。被試驗(yàn)的變頻器負(fù)載端的有關(guān)有功功率如下所示：

P=3ULILcosθ

=1.732×1800×70×0.85

=185.50kW

（4）被試驗(yàn)的變頻器，其在負(fù)載的輸出端將有功功率進(jìn)行輸出并經(jīng)過(guò)到配電柜3，將網(wǎng)側(cè)的變壓器應(yīng)用機(jī)側(cè)的電力變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其同頻率電壓的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而形成回饋，并將其輸入到被試驗(yàn)變頻器的整流部分中。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸震宇，蔡旭，田紅緯.一種雙饋式風(fēng)電變流器的老化試驗(yàn)方法[J].電力電子技術(shù)，2013，06：103105.