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ABB变频器在风力发电行业的应用

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ABB变频器在风力发电行业的应用

发布日期:2019-05-01 作者: 点击:

     能源和环境是人类所面对的两大疑问,以清洗、可再生能源为主的能源构造将成为将来开展的方向,如今现已受到了各国政府的极大注重,一些相应的技能也在蓬勃开展当中。ABB变频器服务风力发电是如今可再生能源运用中技能最老练的、最具商业化开展远景的能源运用办法,风力发电将成为21 世纪最具开发远景的新能源之一。

    如今,世界上大中型风力发电机组首要有两种型式。一类是定桨距失速调理型,归于恒速机型,通常运用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机,经过定桨距失速操控的风轮机使发电机的转速坚持在安稳的数值,继而使风电机组并网后定子磁场旋转频率等于电网频率,转子、叶轮的改动规模小,捕获风能的功率低。另一类是变速变距型,通常选用双馈电机或者永磁同步电机,经过调速器和变桨距操控相结合的办法使叶轮转速能够跟从风速的改动在很宽的规模内改动,坚持最佳叶尖速比运行,从而使Cp在很大的风速改动规模内均能坚持最大值,能量捕获功率最大。发电机宣布的电能经过变流器调理,成为与电网同频、同相、同幅的电能运送到电网。相比之下,变速型风力发电机具有不行对比的优势。

    如今盛行的变速变浆风力发电组的动力驱动体系首要两种计划:一种是升速齿轮箱+绕线式异步电动机+双馈电力电子变换器;另一种是无齿轮箱的直接驱动低速永磁发电机+全功率变频器。两种计划各有优缺陷:前者选用高速电机,体积小重量轻,双馈变流器的容量仅与电机的转差容量有关,功率高、报价低廉,缺陷是升速齿轮箱报价贵,噪音大、易疲惫损坏;后者无齿轮箱,牢靠性高,但选用低速永磁电机,体积大,造价高,变频器需求全功率,本钱进步。

     除了上述两个计划外,还引入了两个折中计划,一个是低速集成齿轮箱的永磁同步电机+全功率变频器;一个是高速齿轮箱的永磁同步电机+全功率变频器。依据美国国家可再生能源实验室NREL报告的量化对比数据剖析,这两种折中计划也具有很大的开展潜力。

1 四种风力发电体系简介

1.1 高速异步发电机双馈体系

    高速异步发电机双馈体系首要由升速齿轮箱+绕线异步发电机+双馈变频器构成,ABB 发电机典型功率规模为600~5 000 kW。

    DFIG的特点是发电机转速能够在同步转速上、下两个方向改动。假设1.5 MW风电机组的叶轮转速改动规模为10~20 r/min,通常令15 r/min对应电机同步转速,这么转速改动规模为电机额外转速的±1/3,相应变频器的功率只要电机功率的1/3。若想简化组织选用直接驱动,电机额外转速也应该为15 r/min,因为异步电机定子接在50 Hz 电网,则请求电机极对数为200,很难完成,因而该计划有必要运用升速齿轮箱,配高速异步电机。升速齿轮箱速比大,负荷重,随风速改动动摇大且频频,造价高、易疲惫损坏是该计划的首要缺陷,别的绕线式异步电机的电刷和滑环也会影响体系的牢靠性,添加保护作业量。 

   对数为200,很难完成,因而该计划有必要运用升速齿轮箱,配高速异步电机。升速齿轮箱速比大,负荷重,随风速改动动摇大且频频,造价高、易疲惫损坏是该计划的首要缺陷,别的绕线式异步电机的电刷和滑环也会影响体系的牢靠性,添加保护作业量。

1.2 低速永磁同步发电机直驱体系

    低速永磁同步发电机直驱体系首要由低速永磁同步发电机+全功率变频器构成。ABB发电机典型功率规模为600~5 000 kW。

   PMDD的特点是没有升速齿轮箱,叶轮直接驱动低速发电机转子,消除了DFIG 的薄弱环节,大大进步牢靠性,下降保护作业量。因为发电机定子绕组不直接与电网相连,而是经过变频器衔接,因而电机额外转速能够下降,使电机极数削减至合理值。缺陷是低速电机体积大,定子绕组绝缘等级请求高,变频器要运送发电机全功率,因而电机和变频器的报价都比DFIG高。

1.3 集成低速齿轮箱的永磁机风力发电体系

    该风力发电体系将低速齿轮箱集成在永磁发电机内,使体系的构造愈加紧凑,通常极数大于20,电机额外转速通常为120~450 r/min,具有更牢靠和更长的运用寿命。ABB 发电机典型功率规模为1~5 MW。

1.4 高速齿轮箱的永磁机风力发电体系

     该体系机械构造与双馈型根本一样,没有了绕线式电机滑环所带来的弊端,且发电机重量轻,发电功率高,。通常电机的极数为6 或8 极,发电机的转速通常为1 000~2 000 r/min,ABB变频器 典型功率规模为1~5 MW。

2 变速恒频双馈风力发电体系作业原理

2.1 叶轮能量最大捕获原理

    风力机经过叶轮来捕获活动的风能,风的能量转化为叶轮旋转的动能,齿轮箱再把这种机械能传输到发电机,由发电机经过内部的电磁联系将机械能变为电能输出。图5为在不一样风速下,叶轮转速与风力机输出功率的联系图。由图可知,对应于每个风速的曲线,都有一个最大输出功率点,风速越高,输出功率越高,相应的叶轮转速也越高。因而,如果能随风速改动改动叶轮转速,使得风力机在所有风速下都作业于最大功率输出点,则宣布电能最多,不然发电效能将下降。

    双馈发电机的最大风能捕获操控就是经过预先拟定的风速对应的最大功率曲线,操控风力机转速,使其跟从风速的改动而相应改动,确保风力机的叶尖速比安稳,到达最大功率输出。假设在风速v2下,体系开始作业P1点,如果风速阶跃改动到v3,风力机转速因为惯性坚持不变,此刻风力机输出机械功率到达P2点,大于双馈发电机的发电功率,此刻,风力机输入力矩大于双馈发电机的输出力矩,风力机转速添加,沿对应于风速v3的曲线向P3移动,当到达该点后,双馈发电机依据最大功率曲线给出相应的转矩给定值,并与风力机输入力矩相平衡,此刻体系便安稳作业于P3点,输出对应于v3风速下的最大功率P3。


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