永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其功率變換技術(shù)

摘要：隨著我國(guó)當(dāng)今社會(huì)現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，世界上各個(gè)國(guó)家對(duì)于再生能源的研究都在不斷進(jìn)行著。本文基于永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其功率變換技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行相對(duì)嚴(yán)全面和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年U述。

關(guān)鍵詞：用力風(fēng)力發(fā)電量系統(tǒng);發(fā)電機(jī);功率變換技術(shù)

隨著當(dāng)今現(xiàn)代新型能源的發(fā)展，世界上對(duì)風(fēng)力能源的利用也日漸廣泛，在進(jìn)入新世紀(jì)之后，風(fēng)力發(fā)電和相關(guān)技術(shù)的引用也得到了大幅度的普及。而我國(guó)新型轉(zhuǎn)機(jī)容量和總裝機(jī)容量均位于世界首位。在各國(guó)政府的相關(guān)政策扶持之下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其功率變換技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用也在不斷增加，相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行形式也從以往的恒速恒頻技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在普遍運(yùn)用的變速恒頻技術(shù)。

1 永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)研究

在永久磁鐵風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的磁通的結(jié)構(gòu)。在發(fā)電機(jī)中，永久磁鐵的定子鐵心的磁通的主磁通。根據(jù)永磁體的位置，各永磁體的載體組成以及部分的強(qiáng)度主要內(nèi)容包括建立一個(gè)徑向速度分量，所述磁通密度的波形設(shè)計(jì)過(guò)程中往往都是需要學(xué)習(xí)更加完善符合矩形波。在平行磁化，且磁化技術(shù)水平方向的形式之間存在平行于永久磁鐵的中心，由此在除了提供一些徑向分量的磁化矢量，還包括將所述磁通密度的切向分量越來(lái)越趨向于正弦的。內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)也可分為不同徑向和切向，以三種基本信息不對(duì)稱混合的，電機(jī)磁路，永久磁鐵更強(qiáng)大的，適合在大型風(fēng)力渦輪機(jī)組的高速要求使用的減磁阻力。 軸向磁通配置。由于不同數(shù)量的轉(zhuǎn)子的數(shù)量和所述定子的位置的，和軸向磁通構(gòu)型可以變成一個(gè)單個(gè)順序，單組雙轉(zhuǎn)，雙和多階集合的多匝傳送這四個(gè)結(jié)構(gòu)。在打開(kāi)單個(gè)訂單結(jié)構(gòu)中，存在在定子和轉(zhuǎn)子之間相對(duì)強(qiáng)的單邊磁力，以避免轉(zhuǎn)子的軸向移動(dòng)，有必要以增加推力軸承，該過(guò)程比較復(fù)雜。單個(gè)雙轉(zhuǎn)基因固定結(jié)構(gòu)，采用Soltless定子鐵心形成接合型芯卷繞，形成環(huán)狀的繞組，這樣可以提高結(jié)構(gòu)的單方面磁力，但也增加了芯和永磁材料，損耗當(dāng)電機(jī)是增加。在多匝的多組結(jié)構(gòu)中，定子和轉(zhuǎn)子是交錯(cuò)配置多間隙多個(gè)電機(jī)的可能的作用，渦電流損耗的結(jié)構(gòu)比較小，所以能夠?qū)崿F(xiàn)良好的通風(fēng)冷卻。而與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，較小的軸向尺寸的結(jié)構(gòu)，但更好的散熱條件，慣性更大的力矩，使得發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可以保持在干擾的情況下。橫向磁通構(gòu)型。

在我國(guó)，直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的配置的驅(qū)動(dòng)裝置通常用在發(fā)電系統(tǒng)中使用，以達(dá)到單一的5MW的最大容量。這樣的結(jié)構(gòu)也決定了系統(tǒng)在低風(fēng)速區(qū)域良好的轉(zhuǎn)化能力，可以繼續(xù)運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)齒輪箱結(jié)構(gòu)，以便于設(shè)備的維修工作頻率下降。在許多低速發(fā)電機(jī)，桿，多個(gè)永磁體材料的數(shù)量越多，體積相對(duì)較大，發(fā)電機(jī)的制造和安裝成本相對(duì)較高。風(fēng)扇被發(fā)電機(jī)擊中，風(fēng)力渦輪機(jī)允許更困難的優(yōu)化。與發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立的，半直接驅(qū)動(dòng)器，包括一個(gè)多級(jí)變速箱結(jié)構(gòu)的容量的增加在發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常被使用。最常用的兩種是齒輪箱，從而使發(fā)電機(jī)額定速度將得到提高，也能降低發(fā)電機(jī)的級(jí)的數(shù)目，從而降低了安裝成本。半直驅(qū)配置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，趨勢(shì)線更符合現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)線。

2 永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)功率變換技術(shù)應(yīng)用

隨著我國(guó)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量的不斷學(xué)習(xí)提升，其與電網(wǎng)互聯(lián)后對(duì)電網(wǎng)，因此其運(yùn)行穩(wěn)定性和電能產(chǎn)品質(zhì)量愈顯重要，這就為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 相關(guān)管理控制工程技術(shù)提出新的要求和挑戰(zhàn)。目前，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償、諧波抑制、低電壓穿越與電網(wǎng)不對(duì)稱運(yùn)行等問(wèn)題均有待于我們進(jìn)一步研究加以分析解決。現(xiàn)代控制理論的不斷創(chuàng)新發(fā)展和完善，如自適應(yīng)內(nèi)部控制、非線性狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋成本控制、滑?？刂啤Ⅳ敯艨刂频痊F(xiàn)代風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)將與風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)安全控制工作有機(jī)結(jié)合，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在滿足國(guó)家電網(wǎng)公司基本制度運(yùn)行環(huán)境要求的同時(shí)，能夠更好適應(yīng)電網(wǎng)更高水平層次不同需求，進(jìn)而得到增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。此外，網(wǎng)絡(luò)通信及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速健康發(fā)展，為集群化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行過(guò)程中提供了有利條件。

我國(guó)對(duì)全功率轉(zhuǎn)換器有全面的應(yīng)用，其中轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最經(jīng)常使用，拓?fù)淇刂埔灿胁煌姆绞?，通過(guò)控制所述逆變器的扭矩控制和電網(wǎng)連接的旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)現(xiàn)。雙電平轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)返回到返回型雙電平轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)直流母線，電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器，電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器等，由于該技術(shù)越來(lái)越成熟，它是廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)換器。其中蘊(yùn)含的能量和能量網(wǎng)格生成緩沖的機(jī)會(huì)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)變流器之間的直流母線可以分離，拓?fù)湓O(shè)計(jì)更容易，減少設(shè)備可以被操縱，更有利于數(shù)字技術(shù)。在一些大容量永磁風(fēng)力功率控制系統(tǒng)，具有很大的DC電容測(cè)定結(jié)果增加他們的系統(tǒng)的體積和重量可能存在，因此由社會(huì)中一個(gè)集成功率轉(zhuǎn)換器的影響。因此，直流側(cè)僅兩個(gè)不同水平，從而一個(gè)大的風(fēng)力渦輪機(jī)馬達(dá)側(cè)轉(zhuǎn)換器，所述AC終端需要安裝的反應(yīng)器中，以避免在電動(dòng)機(jī)繞組的電壓。在電網(wǎng)側(cè)變流器中，交流側(cè)濾波器需要增加，以避免對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。該轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)是不利于擴(kuò)大產(chǎn)能，產(chǎn)能由電力轉(zhuǎn)換裝置的性能受到影響，而且對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展，大容量產(chǎn)生重要影響。在兩電平逆變器升壓斬波型的兩層結(jié)構(gòu)。升壓斬波型轉(zhuǎn)換器中，所述發(fā)電機(jī)和所述二極管整流橋連接的功率轉(zhuǎn)換器的能量?jī)H流過(guò)發(fā)電機(jī)單向的，這樣的結(jié)構(gòu)通常是在風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)。該轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是相對(duì)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路和設(shè)備被省略，并且可靠性是由分析系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)，從而使設(shè)備成本和減少的損耗。斬波器裝置，動(dòng)力裝置，并校正所述功率因數(shù)可以實(shí)現(xiàn)，并且不要求使用的矢量控制策略，例如在逆變器側(cè)所使用的算法被簡(jiǎn)化。這不僅適用于小體積頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，而且還增加串聯(lián)和并聯(lián)的能力組合，它已經(jīng)能夠滿足風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求。例如：一個(gè)升壓斬波器控制已廣泛應(yīng)用到轉(zhuǎn)換器電路2MW風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，取得了良好的效果。超過(guò)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量擴(kuò)展的多級(jí)轉(zhuǎn)換器技術(shù)已經(jīng)變得越來(lái)越流行風(fēng)電領(lǐng)域已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。從分類類型的電流，包括鉗位二極管，快速電容器多級(jí)轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，H橋級(jí)聯(lián)。其中，所述二極管鉗位時(shí)，最廣泛使用的快速電容器，可以適用于廣泛應(yīng)用于我國(guó)風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)。二極管鉗位電平與多種不同類型的轉(zhuǎn)換器的數(shù)量，交流側(cè)電壓更接近正弦的，諧波含量也比較低。例如：在逆變器操作中，二極管鉗位五轉(zhuǎn)換器的直流側(cè)電壓期間逐漸減小的功率器件的電壓應(yīng)力可提高3倍多，從而使轉(zhuǎn)換器的容量擴(kuò)大，并在線路更與高壓電機(jī)的開(kāi)發(fā)。但隨著電平的數(shù)量的增加，轉(zhuǎn)換器的算法的復(fù)雜性將增加，并且因此電平的數(shù)目應(yīng)限制在小于如果轉(zhuǎn)換器電壓不平衡存在，該算法不僅可以調(diào)整，否則會(huì)改善復(fù)雜系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的可靠性，也使水平更加突出號(hào)的問(wèn)題。目前矩陣轉(zhuǎn)換器是在上述矩陣轉(zhuǎn)換器的三相拓?fù)湫问降逆I，而且還具有很高的實(shí)用價(jià)值。作為矩陣切換AC-具有四個(gè)階段可能運(yùn)行，雙向流動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，能滿足風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其切換所述省略直流電容器的基本要求AC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器是更有利于整合。

3 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今社會(huì)新型科技的不斷發(fā)展之下，永磁風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步在多個(gè)領(lǐng)域都有很多的發(fā)展成果。永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其功率變換技術(shù)的應(yīng)用在不久的將來(lái)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展將更加的廣闊。

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作者簡(jiǎn)介：楊嘉軒（1998—），男，江蘇鹽城人，功率變換技術(shù)專業(yè)本科在讀。

（作者單位：鹽城工學(xué)院）