风力发电中的电力电子变流技术

2、风力发电系统分类
◆变速恒频发电 ☞绕线转子双馈发电机系统 绕线异步机的定子直接联电网，转子经四象限电压型交-直-交变频器 接电网，转子电压和频率比例于电机转差率，随转速变化而变化，变频器 把转差频率的转差功率变换为恒压、恒频(50hz)的转差功率，送至电网， 如图1-5所示。 p=ps-pr ; pr=sps; p=(1-s)ps 转速高于同步速时，转差率s<0，转差功率流出转子，经变频送至电 网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率;转速低于同步速 时，s>0，转差功率从电网，经变频器流入转子，电网收到的功率为定、 转子输出功率之差，小于定子功率。 特点: 在变频器中仅流过转差功率，其容量小，通常按发电总功率的 25％左右选取(转速变化范围±33％)，投资和损耗小，发电效率提高2-3％， 谐波吸收方便； 由于要求双方向功率流过变频器，它必须是四象限双 PWM变频器，价格约是同容量单象限变频器的一倍；只能使用双馈电机， 比永磁电机重，效率低。
3、逆变技术方案
■电压型PWM逆变方案
3、逆变技术方案
■电流型PWM逆变方案
4、典型方案实例
■不可控整流+Boost+逆变方案
4、典型方案实例
■双PWM背靠背方案
4、典型方案实例
■双PWM背靠背方案
▲
三、调制技术
■正弦波脉宽调制SPWM——Sinuous Pulse Width Modulation ■空间矢量调制SVM——Space Vector Modulation
2、风力发电系统分类
■两大类：恒速恒频发电和变速恒频发电。
◆恒速恒频发电 恒速恒频发电采用笼形异步电机，其动力系统和电机的机械特性示 于图1。发电时涡轮机拖动异步发电机转动，转速略超过同步转速后，转 差率s和转矩te变负，电机工作于发电状态。由于只工作在机械特性的线 性区，转差率很小(s<5%)，风速变化时转速基本恒定，所以称恒速发电。 随风速变化，通过调整桨叶倾角(pitch angle)β来控制输出功率和转速。 特点: 电气系统简单，适合在野外、缺少维护的环境工作； 转速不变， 输出功率和转速的控制全靠倾角控制完成，要求倾角控制响应快，动作 次数多，调节机构易疲劳损坏； 强阵风来时，转速不变，机械承受应力 大，要求坚固，所以又称“刚性”风力发电。 综合上述特点，恒速发电适合用于小功率，通常不大于600kw。
2、风力发电系统分类
3、风力发电与电力电子变流技术
■自20世纪80年代以来，风力发电技术发展迅速，经历了从恒速 恒频到变速恒频的发展 ，期间电力电子变流技术发挥了巨大作 用。下面以直驱型风力发电系统为样本，对其中涉及到的电力 电子变流技术给出拓扑结构。
3、风力发电与电力电子变流技术
3、风力发电与电力电子变流技术
2、风力发电系统分类
2、风力发电系统分类
2、风力发电系统分类
◆变速恒频发电 ☞ 永磁同步发电机直驱型风力发电系统 同步电动机输出频率和电压随转速变化的交流电，经一台单象限电压 型交-直-交变频器接至恒压、恒频(50Hz)电网，如图1-6所示。 特点: 发电机发出的全部电功率都通过变频器，变频器容量需按100％ 功率选取，比双馈系统容量大，投资和损耗大，谐波吸收麻烦； 使用永磁 发电机，电机轻，效率高，变换器增加的投资可以从机械结构的节约中得 到补偿； 变频器中的交－直变换可以用二极管整流+直流斩波，简单。直 驱型风力发电系统风轮与永磁同步发电机直接连接，无需升速齿轮箱。
风力发电中的电力电子变流技术
一、风力发电概述 二 、风力发电系统中的典型变流方案 三 、调制技术 四 、大功率变流技术
一、风力发电概述
1、风力发电现状及展望 2、风力发电系统分类 3、风力发电与电力电子变流技术
1、风力发电现状及展望
■ 全球风电现状及展望
◆ 2009年，尽管国际金融危机还在持续，全球风电行业仍继续迅速增长， 年度市场增长率达到了41%。世界风电市场格局没有发生变化，欧盟、 美国和亚洲仍占据了全球风电发展的主流，主要的变化是中国取代了美 国，成为当年新增风电装机容量世界第一的国家。 根据全球风能理事会（Global Wind Energy Counci l，缩写GWEC） 所编辑的统计报告，全球风电装机容量达到1.58亿kW，累计增长率达到 31.9%。 ◆全球风能理事会、绿色和平和德国航空航天中心 (DLR)自2005年起， 每两年更新一次全球风能发展的情景展望。情景展望由参考情景、稳健 情景和超前情景三个情景构成。
3、风力发电与电力电子变流技术
3、风力发电与电力电子变流技术
3、风力发电与电力电子变流技术
3、风力发电与电力电子变流技术
3、风力发电与电力电子变流技术
▲
二 、风力发电系统中的典型变流方案
1、整流技术方案 2、斩波技术方案 3、逆变技术方案
1、整流技术方案
■不可控整流方案
1、整流技术方案
■多脉波不可控整流方案
1、整流技术方案
■三相单管整流方案
1、整流技术方案
■三相单管整流方案
1、整流技术方案
■PWM整流方案
1、整流技术方案
■PWM整流方案
2、斩波技术方案
■Boost斩波器
2、斩波技术方案
■Boost斩波器
3、逆变技术方案
■基于晶闸管的逆变方案
3、逆变技术方案
■电压型PWM逆变方案
2、多电平变流技术
■级联飞跨电容型多电平技术
2、多电平变流技术
■级联二极管箝位型多电平技术
3、模块并联技术
■Boost电路的并联技术
3、模块并联技术
■带耦合电感的Boost电路
3、模块并联技术
■并联三相单管整流电路
3、模块并联技术
■逆变器共母线并联
3、模块并联技术
■并联背靠背
3、模块并联技术
■并联背靠背
3、模块并联技术
■并联方案举例
4、多重化技术
■多重化方波整流电路
4、多重化技术
■多重化方波逆变电路
4、多重化技术
■多重化方波逆变电路
4、多重化技术
■多重化PWM逆变电路
4、多重化技术
■多重化PWM逆变电路
▲
谢谢光临！
1、风力发电现状及展望
■ 我国风电现状及展望
◆自从1985年第一台风电机组并网发电以来，中国风电经历了缓慢爬升 到快速发展的过程，2009年我国风电产业发展领跑全世界，增速超过 100%，累计装机居世界第二位，新增装机居世界第一位，装备制造能力 居世界第一位，新增装机和风机产量都约占世界的1/3。风电发展的布局 没有发生大的变化，内蒙古仍然雄踞榜首。开发商还是大型央企领衔， 龙源（国电）、大唐和华能稳居三甲。 ◆全球风能理事会（GWEC）预测；中国国内专家对风电发展形势的判 断；本报告对中国风电发展的判断。 ◆内蒙苏尼特右旗风电场和辽宁法库望海寺风电场调研介绍。 ★
▲
四、大功率变流技术
1、器件串并联技术 2、多电平变流技术 3、多重化技术技术
1、器件串并联技术
1、器件串并联技术
1、器件串并联技术
2、多电平变流技术
■二极管箝位型多电平技术
2、多电平变流技术
■二极管箝位型多电平技术
2、多电平变流技术
■流技术
■级联H桥型多电平技术
2、风力发电系统分类
■两大类：恒速恒频发电和变速恒频发电。
◆恒速恒频发电
图1 恒速恒频发电系统和笼型电机机械特性
2、风力发电系统分类
■两大类：恒速恒频发电和变速恒频发电。
◆变速恒频发电 变速恒频发电采用同步发电机或双馈发电机(绕线异步机)，风速变化 时，转速也随之变化，通过电力电子变换器，使电机接入恒频(50hz)、恒 压电网发电。通常转速在±33%范围内变化，风速小时调转速，强风来时 调桨叶倾角β。 由于采用了电力电子变换器，变速发电的电气系统较复杂，但能取得 如下好处: 在不同风速下，涡轮机都工作在最高效率点，提高出力10%； 强阵风来时，转速适当升高，部分风能贮存于机械惯量中(风力发电机组机 械惯量很大)，减小电机磁转矩脉动和机械承受的应力，减轻机械强度要求， 所以又称“弹性”风力发电；由于电磁转矩脉动小，发出电力的波动小， 提高发电质量；风速小时调转速，倾角维持最小值不变，倾角控制器不工 作。在强风来时倾角控制器才工作，且响应可以减缓，动作次数减少，机 构寿命延长。 综合上述特点，变速发电适合用于大功率，通常大于1000kw。