定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性解析

杨林

摘 要：主要从构建并网风力发电系统的角度进行了模拟和仿真介绍，并对定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性进行了解析。

关键词：定子双绕组感应电机；风力发电系统；低电压穿越；电压

中图分类号：TM614 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.130

文章编号：2095-6835（2015）15-0130-01

目前，随着我国风力发电的规模越来越大，年产风力发电机和雷击装机的总量均已经位居世界前列，但我国自主产权的有关风力发电机的技术研究有待进一步加强。基于此背景，电机系统因其性能好、成本低等特点引起了业界的强烈关注。本文主要从定子双绕组感应电机风力发电系统的构建及其模型出发，运用全功率风电变换器，通过输入和输出功率的解耦作用，最后实现了定子双绕足感应电机锁发出电能并逆变送进电网的目的。

1 定子双绕组感应电机风力发电系统

风力发电系统主要运用半直驱的方式与发电机连接。对于定子双绕组感应电机，一般采取笼型转子，并在定子上设置有2套绕组，即功率绕组、控制绕组。其中，控制绕组一般在控制侧和功率侧旁，有直流母线通过二极管并联，这样可在风速较低的情况下运行。如果二极管导通，则功率侧整流桥会被阻断，而电能可从直流母线段输出。这种拓扑结构可系统、科学、有效地利用风能，并扩大风速范围。在风速较高的情况下，功率侧在输出电压时可达到指令值，其二极管会反向截止，同时，电能会从功率侧输出。

定子双绕组感应电机风力发电系统发电机侧运用控制绕组段电压定向，在调节控制绕组电流的有功功率和无功功率的风量时，可使转矩得到有效控制，从而使整个系统保持稳定，且发电机的测电压也能达到相应的恒定状态。其控制方法为：如果风速较低，则电能从控制侧输出，对有功功率进行控制，以输出电压，并使其保持恒定状态，而无功功率分量可保证发电机中的磁通不变，使电机具有良好的带载能力，最终使系统运行状态达到最优；如果风速较高，会从功率侧输出电能，且运用调节控制绕组控制电压。

如果直流测电压具有一定的调节作用，则定子双绕组感应电机的风力发电系统中的变换器就要运用其他策略，比如运用功率外环和电流内环进行有效调节和控制。但在当前情况下，一些发电机的功率计算等各种计算方式之间有一定的差别。对于电流内环的无功功率，其加上电流内环的有功功率可实现解耦控制，并可调节网侧d轴、q轴的电流，使网侧变换器能在不同功率因数的状态下运行。

2 低电压运行

在定子双绕组的风力发电系统内部有很多复杂的结构，比如，永磁直驱风力发电系统和其他系统具有特殊结构，在电压跌落的情况下，具有出网侧变换器的作用，且在电压跌落较大的情况下，网侧变换器中的电流会受到一定的影响，进而造成电压出现不同程度的升高。此时，需要运用卸荷电路消耗能量，使系统达到穿越的目的。对于DWIG风力发电系统，其能更加充分地发挥调磁能力，并在电压跌落的情况下迅速弱磁，使输出的电压维持在恒定状态、减小短时间的电磁转矩、有效降低输入功率，最终升高直流的侧电压。

如果发电机组的机械输入功率不变，则发电机的转速会按照电磁转矩在短时期内降低，然后轻微上升。机械的时间常数一般都是针对电气的有关参数而言的，通常采用桨距控制器控制，但会降低机械对风能的利用率。即使转速上升，定子双绕组感应电机风力发电系统仍旧可对直流侧电压进行控制，保证系统的稳定和正常运行。通过有效地对励磁电容进行切除，可避免励磁变换器抽取无功电流，从而限制其容量超限。

在仿真试验中，不必增加硬件电路，定子双绕组感应电机风力发电系统能在电网电压跌落幅度较大时正常联网和运行，且能充分符合新规定、新要求。

网侧变换器在有功功率和无功功率解耦的控制中，能帮助调节系统在不同功率因数的状态下正常运行，从而实现系统网侧吸收、输送无功功率。电网电压跌落时，系统仍可保证良好的运行和工作状态，并对网侧提供无功补偿，从而为恢复电网电压作出贡献。

3 结束语

定子双绕组感应电机风力发电系统具有强大的低电压穿越特性，风力发电系统在并网运行和离网等条件中有定量规定，比如最低电压跌落的程度、对应最低跌落持续运行时间的规定等，这些规定中都要求定子双绕组感应电机风力发电系统必须具备强大的低电压穿越能力，且电网电压跌至一定程度时才可离网，风力发电系统可在电压跌落期中向电网提供一定的无功功率支持。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕