【滄州發(fā)電機(jī)出租】異步發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

時(shí)間：2021-06-11作者：山東龍佩機(jī)電設(shè)備有限公司瀏覽：139

風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今新能源應(yīng)用的重要方向。包含異步電機(jī)和電力電子變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。本文介紹了我國風(fēng)力產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展展望，分析了籠型異步電機(jī)和繞線型異步電機(jī)在大型風(fēng)電基地、海上發(fā)電和離網(wǎng)式應(yīng)用中的優(yōu)勢。


為了緩解能源危機(jī)、環(huán)境污染和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，人們越來越重視新能源與可再生能源的應(yīng)用。其中，風(fēng)力發(fā)電是新能源技術(shù)中較成熟、較具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展較強(qiáng)勁的發(fā)電方式之一。


據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會發(fā)布的《2012年中國風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)》顯示，我國累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組53764臺，裝機(jī)容量75324.2MW。其中，風(fēng)力資源主要集中在“三北”地區(qū)(東北、華北、西北)、沿海及海上風(fēng)能豐富區(qū)以及內(nèi)陸局部風(fēng)能分布區(qū)。而風(fēng)力發(fā)電本身也顯示出由小規(guī)模向大規(guī)模、小容量向大容量、恒速恒頻向變速恒頻、單一陸地向海陸兼顧的發(fā)展趨勢。


實(shí)際風(fēng)能利用中，電勵(lì)磁同步機(jī)在并網(wǎng)時(shí)，會因風(fēng)速的不穩(wěn)定性造成功率的沖擊，不利于發(fā)電機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此不能用于齒輪驅(qū)動(dòng)的直接并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng);永磁式同步電機(jī)效率較高，只能通過整流逆變的變速恒頻的方式并網(wǎng)發(fā)電，還有永磁材料容量和強(qiáng)度的限制。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，一般可將異步電機(jī)分為繞線式和鼠籠式兩種?；\型異步電機(jī)方便變較，是較早應(yīng)用的可直接并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī);繞線式異步電機(jī)即雙饋電機(jī)，在背靠背變流器的控制下，可大范圍變速并網(wǎng)運(yùn)行。因此，異步電機(jī)在國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。


本文將結(jié)合風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展背景，對異步電機(jī)在風(fēng)電場合的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行說明，并指明高性能的異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)離不開電力電子技術(shù)的支撐。


繞線型異步電機(jī)概述


繞線型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可與外部連接，如雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)和OptiSlip感應(yīng)發(fā)電機(jī)(OSIG)等。其中，DFIG在我國風(fēng)電中應(yīng)用較多。雙饋異步發(fā)電機(jī)定子繞組直接連接定頻三相電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子外連電力電子變流器，以控制轉(zhuǎn)子的電氣特性，如轉(zhuǎn)子電壓和頻率。在**同步發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，可通過電力電子背靠背變換器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子頻率使定子頻率與電網(wǎng)頻率相同，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)同時(shí)向電網(wǎng)饋電與變速恒頻發(fā)電控制。


繞線型雙饋異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)帶來的優(yōu)缺點(diǎn)如下：


1. 流過轉(zhuǎn)子電路中的功率為轉(zhuǎn)差功率，一般只有發(fā)電機(jī)額定功率的1/4～1/3;


2. 可控制無功功率，通過獨(dú)立控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流來解耦有功和無功功率，無須從電網(wǎng)勵(lì)磁，而從轉(zhuǎn)子電路中勵(lì)磁;


3. 不可避免的要使用滑環(huán)和電刷。


在大型風(fēng)電基地中的適用性


普通籠型異步電機(jī)的定子由鐵心和定子繞組組成，轉(zhuǎn)子采用籠型結(jié)構(gòu)。早期的異步發(fā)電機(jī)首先要解決的問題是電機(jī)自勵(lì)建壓的問題，如在輸出端連接適當(dāng)大小的電容器給籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁，其缺點(diǎn)是無法連續(xù)調(diào)壓，只能離散地調(diào)節(jié)勵(lì)磁。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，利用可控開關(guān)功率器件組成的電力電子變換器可以產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的無功功率，從而替代傳統(tǒng)的單獨(dú)的電容勵(lì)磁，使得電力電子變換器與感應(yīng)發(fā)電機(jī)相結(jié)合的發(fā)電技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。


如基于背靠背變換器的并網(wǎng)型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)拓。定子繞組通過整流器和逆變器與電網(wǎng)或者負(fù)載相連：前者工作在整流狀態(tài)，輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓;后者工作在逆變狀態(tài)，輸出恒頻恒壓的交流電。


將電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)力機(jī)相連，通過風(fēng)力機(jī)的升速齒輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子**過同步速，即可將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率轉(zhuǎn)化為電功率，饋送電網(wǎng)或供給負(fù)載。對普通籠型異步電機(jī)而言，通常有如下優(yōu)缺點(diǎn)：


1.籠型異步電機(jī)因堅(jiān)固的無刷結(jié)構(gòu)，而具**械簡單、效率高、價(jià)格低廉和維護(hù)要求低的特點(diǎn);


2.可適用于恒速發(fā)電和變速發(fā)電，可通過電力電子變換器獲得無功勵(lì)磁功率;


3.電機(jī)本體適用于大功率容量，可高達(dá)幾兆瓦，具有良好的經(jīng)濟(jì)性;


4.有功和無功相耦合，影響系統(tǒng)性能。


為克服普通籠型異步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中有功和無功相耦合對系統(tǒng)性能的不利影響，進(jìn)一步發(fā)揮籠型異步電機(jī)的優(yōu)勢，美國田納西理工大學(xué)的Ojo教授于2000年提出一種新型籠型異步電機(jī)—定子雙繞組異步電機(jī)(DWIG)，其定子上布置了兩套繞組，一套為輸出電能的功率繞組，一套為調(diào)節(jié)勵(lì)磁的控制繞組，除容量不同外，它們的較數(shù)及繞組形式一樣，且在電氣上沒有直接連接，僅通過磁場耦合。功率繞組，接有勵(lì)磁電容，通過整流橋向負(fù)載供電;控制繞組，接有電力電子變換器，用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場，使其在不同的工況下能穩(wěn)定運(yùn)行。


籠型異步電機(jī)在風(fēng)電中應(yīng)用廣泛，如普通籠型異步電機(jī)可用于分布式風(fēng)電場合;定子雙繞組電機(jī)適用于海上風(fēng)力發(fā)電等。


在分布式風(fēng)電中的適用性 我國內(nèi)陸有局部風(fēng)能分布區(qū)，分布式風(fēng)力發(fā)電具有較大市場。


在中小規(guī)模離網(wǎng)型、微網(wǎng)或并網(wǎng)式分布式風(fēng)力發(fā)電中，普通籠型異步電機(jī)因價(jià)格優(yōu)勢、本體堅(jiān)固和易實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電的特點(diǎn)，獲得市場青睞。





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