直驅(qū)永磁風力發(fā)電機低壓交流變槳控制系統(tǒng)設(shè)計與應用研究

趙晶 成都阜特科技股份有限公司  610000
劉進 成都阜特科技股份有限公司  610000
作者簡介：趙晶（1984—），男，四川攀枝花人，工程師，在職工程碩士，主要從事風力發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計研究。
          劉進（1984—），男，湖南郴州人，工學學士，主要從事風力發(fā)電控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)研究。
摘要：
　　本文結(jié)合直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的控制原理、載荷設(shè)計、機械設(shè)計等參數(shù)要求。采用低壓交流變槳控制技術(shù)方案，從變槳控制架構(gòu)設(shè)計、后備電源設(shè)計、配電架構(gòu)設(shè)計等，實現(xiàn)風力發(fā)電機組變槳距控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。
關(guān)鍵詞：永磁同步風力發(fā)電機  變速變槳距控制   低壓交流控制

1永磁同步發(fā)電機簡述
1.1直驅(qū)永磁發(fā)電機的原理概述 
永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子上使用的是永磁材料勵磁，沒有勵磁繞組，省去了勵磁繞組的銅損耗；同時，發(fā)電機和風力機通過軸系直接耦合在輪轂上，由葉輪直接驅(qū)動發(fā)電，不需要齒輪箱等中間傳動部件。永磁同步發(fā)電機經(jīng)背靠背式全功率變頻器系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，通過變頻器控制系統(tǒng)的作用，來實現(xiàn)風電機組的變速運行。
1.2直驅(qū)永磁發(fā)電機的優(yōu)勢介紹
盡管雙饋發(fā)電機目前占據(jù)著市場的絕大部分份額，它的缺點卻是不容忽視的。很多中外風電設(shè)備制造企業(yè)和運營企業(yè)，經(jīng)過多年的艱辛運營不免發(fā)現(xiàn)，雙饋電機的升速齒輪箱不但效率低，而且故障率高，維修困難，其費用占整個風電設(shè)備的比例高達12.9%之多。而直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機免齒輪箱，免轉(zhuǎn)子勵磁的特點，則良好地解決了這個問題。特別是直驅(qū)永磁發(fā)電機具有的優(yōu)越的低電壓穿越能力，為電網(wǎng)的友好運行和未來風電機組的大面積并網(wǎng)，提供了良好的基礎(chǔ)。
　　1.3直驅(qū)永磁發(fā)電機的應用現(xiàn)狀
　　直驅(qū)發(fā)電機在時間上和雙饋發(fā)電機大約同時出現(xiàn)，但長時間以來相對后者一直發(fā)展較慢。但隨著雙饋發(fā)電機缺點的不斷顯現(xiàn)，和直驅(qū)永磁技術(shù)的不斷改進，直驅(qū)永磁發(fā)電機獲得了跨越式快速發(fā)展，在陸地項目中不但得到了廣泛的應用，而且在海上機組中也開始嶄露頭角，大有迎頭趕上并超過雙饋發(fā)電機的勢頭。采用直驅(qū)永磁發(fā)電技術(shù)的代表企業(yè)有東方電氣、金風科技及湘電風能等公司。

　　2變槳設(shè)計規(guī)范
　　2.1介紹
　　該風力發(fā)電機組為直驅(qū)永磁風力發(fā)電機組，額定2500kW。發(fā)電機組轉(zhuǎn)速范圍從7到14.5rpm，額定轉(zhuǎn)速為10.9m/s，功率輸出為2570KW.
變槳距控制系統(tǒng)的最重要目的是控制槳葉實現(xiàn)以下功能：
　　正常發(fā)電時，提供規(guī)范的發(fā)電機轉(zhuǎn)速。
　　停機關(guān)閉程序時，提供規(guī)范的空氣動力制動。
　　風力發(fā)電機組安全系統(tǒng)的重要組成部分。
　風機啟動時，提供啟動轉(zhuǎn)矩。
　　2.2設(shè)計范圍
　　每個獨立的槳葉由以下組成部分：
　　槳葉
　　減速齒輪箱和變槳電機
　　后備電源
　　控制系統(tǒng)
　　驅(qū)動系統(tǒng)
　　電氣和信號聯(lián)系系統(tǒng)
　　傳動設(shè)計參考以下要求：
　　電機功率、額定力矩參數(shù)
　　電機制動力矩參數(shù)
　　減速裝置參數(shù)