風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換裝置設計方案
O 引言
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201612/331513.htm伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人口的增長,人類對能源的需求增加,而以煤炭、石油為主的常規(guī)能源存在有限性,且污染和破壞自然環(huán)境。風能是一種清潔的可再生能源,并且資源豐富,有著無需開采、運輸?shù)奶攸c。目前風力發(fā)電系統(tǒng)分非直驅風力發(fā)電系統(tǒng)和直驅風力發(fā)電系統(tǒng),前者主要采用齒輪箱對風輪機提速后,驅動常規(guī)異步發(fā)電機,而直驅風力發(fā)電在整個體系結構中,由于省去了增速齒輪箱,減小了風力發(fā)電機的體積和重量,省去了維護,降低了風力發(fā)電機的運行噪聲,所以研究直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換裝置對提高風電轉換效率及開發(fā)風力發(fā)電技術的推廣,有著重要的社會效益和經(jīng)濟效益。
1 常規(guī)直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的特性
直驅風力發(fā)電系統(tǒng)采用低速的永磁同步發(fā)電機取代了異步發(fā)電機,在永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)中,風輪機將捕獲的風能以機械能的形式驅動永磁發(fā)電機,永磁發(fā)電機的轉速隨著風速的變化而進行變化,發(fā)出電壓和頻率都變化的電能,需要經(jīng)過電能變換電路輸出恒壓恒頻的電能?,F(xiàn)階段常規(guī)離網(wǎng)型戶用風力發(fā)電系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。
風速的時變性,使得風力發(fā)電機的電壓及頻率變化,不易于直接被負載利用,所以目前的獨立運行風力發(fā)電系統(tǒng)通過“交流-直流-交流”的轉換方式供電,且要考慮風速很弱及無風的情況,系統(tǒng)的裝置中使用了蓄電池進行儲能。先用整流器將發(fā)電機的交流電變成直流電向蓄電池充電,再用逆變器將直流電變換成電壓和頻率穩(wěn)定的交流電輸出供給負載使用。系統(tǒng)的能量傳輸分配中要經(jīng)過兩次能量轉換:電能-化學能-電能,能量的利用率偏低,且由于風力發(fā)電發(fā)出的能量較小,往往達不到負載需求的電能。
2 改造后的直驅風力發(fā)電系統(tǒng)
2.1 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本組成
針對直驅風力發(fā)電的特性,研究設計的風力發(fā)電系統(tǒng)應由風輪機、永磁同步發(fā)電機、電能變換裝置(整流器、直流調壓裝置、逆變器)、控制器、泄能負載、蓄電池、制動剎車裝置和用戶負載等組成,其設計研究的永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的結構組成原理圖如圖2所示。
2.2 能量傳輸分配分析
分析在正常情況下的能量流動路徑,由圖2所列出的風電系統(tǒng)的供電模式可知,在考慮風速大于切入風速及小于切出風速時,風力發(fā)電控制系統(tǒng)中的能量傳輸?shù)年P系大體上分4種情況如圖3所示。
正常啟動風速到達后,風輪機開始運行,當風速較大時,風力發(fā)電機組發(fā)出的電能,經(jīng)過電能變換裝置調節(jié)后,得到用戶負載所需要的交流電,多余的電能經(jīng)過蓄電池儲存起來;當風速不足時,風力發(fā)電機組發(fā)出的電能較小或則不發(fā)電能,此時由蓄電池發(fā)電給電能變換裝置,進而變換后,供給用戶負載;當風力發(fā)電機組發(fā)出的電能遠大于用戶所需的電能,且在蓄電池電量已被充滿的情況下,采用泄能負載控制器對多余的電能放電。
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