王明軍——提高雙饋風電機組低風效率的方法

　　1.4直驅與雙饋風電機組

　　變速恒頻風電機組主要有永磁同步直驅式和雙饋異步式兩種，這兩種都可以由變頻器實現無沖擊并網和脫網。

　　從它們在低風速下的運行情況看，直驅式風電機組沒有運行轉速下限的限制，而雙饋式風電機組存在著運行轉速的下限，從原理上來講，直驅式機組的切入風速可以更低。但是，直馭式機組使用的是全功率變頻器，存在較高的功率損耗，由于全功率變頻器的容童是雙饋機組變頗器的三倍左右，所以，變頻器的功率器件和冷卻等設備所消耗功率比雙饋機組要大很多。同時，機組可以吸收的風能與風速的三次方成正比，在低的切入風速情況下，可利用的風能非常有限。永徽同步技術其機組轉速范圍較寬，在低風速下發電量有一定優勢，但其全功率變頻的特點導致隨風速提高，其發電t優勢將因變頻器損耗迅速增大而減小。

　　從原理上來講，如果改變雙饋機組在低風速段運行方式，使其在低風速時不受最低并網轉速的限制，葉輪轉速就能嚴格追蹤標，提高雙饋機組在低風的發電效率。

　　2.變速恒頻雙饋雙模風電機組

　　傳統雙饋型機組在轉速很低時，轉子繞組的開口電壓增大會導致變頻器過壓，因此，低風速段一般采用恒定轉速運行，這使得在低風速段機組實現最佳能量捕獲效率下降。另一方面，雙饋發電機的定子一直與電網連接，勵磁損耗恒定并沒有相應隨著轉速降低，因此在低速區間運行時，雙饋機組的效率與直驅全功率變頻相比效率偏低。

　　因此，低風速區采用全功率型電氣傳動鏈，通過弱磁控制技術提高發電效率。從原理上講，雙饋機組在低風速時的變換方案有以下兩種方式：

　　第一種全功率變頻的感應發電機模式：將發電機轉子三相在變頻器處短接導通，發電機定彩與變頻器的發電機機側端導通。系統原理，如圖3所示。

　　　　　　　　　　　　　圖3：轉子短接，定子接變頻器的低風工作模式

發電機轉子三相短接形成閉合線圈后，定子由變頻器勵磁提供啟動電流，在定子線留產生磁場。葉輪旋轉，在定子上感生出三相交流電流到變頻器的發電機機側，通過變頻器整流變成直流，再由變頻器的電網相同頻率的交流，送至電網。

　　另一種全功率變頻的感應發電機模式：將發電機定子三相在變頻器處短接導通：轉子與變頻器機側相連的低風速工作模式。系統原理，如圖4所示。

　　                     圖4：定子短接，轉子接變頻器的低風工作模式

　　從轉換接線和實際操作來看，這種低風工作變換模式較轉子短接、定子接變頻器變換方式更為簡捷，更便于實施和控制。在進行低風工作模式切換時，雙饋工作模式中轉子與變頻器的連接方式不變，在變頻器的并網開關（或定子接觸器）處加以短接即可。因雙饋電發機的轉子開路電壓通常采用高電壓設計，使得轉子勵磁比定子勵磁具有更好的變頻器電流容量優勢。另外，這種雙饋發電機變換模式還可以作“無風啟機”之用，變換后就把雙饋電機切換為感應電機模式。當定子三相短接后，轉子由變頻器提供勵磁電流使葉輪旋轉起來，當旋轉到并網轉速后，調節變頻器勵磁從而達到雙饋機組在無風條件下啟機、并網的目的，或判斷機組故障。

　　發電機定子三相短接后，形成閉合線圈，先由轉子通過變頻器勵磁提供啟動電流，在轉子線圈上產生磁場。葉輪旋轉，在轉子上感生出三相交流電流到變頻器機側，通過變頻器整流變成直流，再由變頻器的電網側產生與電網相同頻率的交流，送至電網。

　　當上述低風工作模式用于提高機組效率時，變頻器均工作于“交一直一交”全功率變頻方式。此時，變頻器的工作原理與直驅機組相同，機組的工作方式和效率與直驅型機組類似，不再受最低并網轉速限制。

　　當風速較高，機組功率較大時，切回到通常的雙饋工作模式；運行機組工作于通常的雙饋工作模式，在風速和機組功率低到一定程度后，通過控制系統再把雙饋模式自動切換到全功率變頻的低風工作模式。

　　總之，無論是從低風速全功率變頻模式切換到高風速雙饋模式，還是，高風速雙饋模式切換到低風速全功率變頻模式，均能根據外界風況條件在不停機的條件下實現兩種工作模式之間自由切換。