基于一種半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電裝置的整流器研究.pdf

1、風(fēng)能是新興的綠色能源。為了降低每千瓦時(shí)的發(fā)電成本,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正朝著大功率方向發(fā)展,單機(jī)功率等級(jí)不斷提高?？焖偬岣叩墓β嗜萘繋砹诵碌臋C(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),主要側(cè)重于機(jī)側(cè)整流器部分,做了以下幾個(gè)方面的研究和嘗試。
　　 多個(gè)發(fā)電機(jī)與單級(jí)增速箱相結(jié)合的半直驅(qū)式替代永磁直驅(qū)裝置,實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)功率密度的提高和增速裝置機(jī)械強(qiáng)度要求的降低。根據(jù)該裝置特點(diǎn),提出了新型整流器輸出端串并聯(lián)組合的多脈整流裝置。由于機(jī)組多個(gè)發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)速

2、相同、輸出端之間電氣隔離,利用發(fā)電機(jī)輸出交流電壓的電角度不同和發(fā)電機(jī)之間電氣角度的錯(cuò)位安裝,整流器的輸出電壓串聯(lián)疊加后,電壓峰值脈波數(shù)增加,幅值變小,從而獲得平穩(wěn)的直流功率輸出,降低濾波電容容量。多組整流模塊并聯(lián)擴(kuò)容,并可以根據(jù)風(fēng)速范圍切入切出,提高變流器效率。
　　 為了克服現(xiàn)階段IGB7器件對發(fā)電機(jī)輸出端口電壓和變流裝置容量進(jìn)一步發(fā)展的限制,在變拓?fù)淙嵝宰兞髌骼碚摰幕A(chǔ)上,提出了具有寬電壓輸入范圍的變拓?fù)渚чl管整流器。該整流

3、器由兩個(gè)晶閘管整流橋和包括二極管與開關(guān)的輔助電路組成。通過改變輔助電路中開關(guān)的狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)晶閘管整流橋在串聯(lián)和并聯(lián)模式之間的動(dòng)態(tài)切換:當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速比較低時(shí),開關(guān)閉合,兩個(gè)整流橋串聯(lián)在一起,提高輸入電壓；當(dāng)風(fēng)機(jī)接近額定轉(zhuǎn)速時(shí),開關(guān)斷開,兩個(gè)整流橋并聯(lián)在一起擴(kuò)大功率容量。變拓?fù)湔髌魈娲Ｓ玫娜嗔躊WM整流器或者不控整流加boost升壓的二級(jí)串聯(lián)整流器,整流側(cè)完全采用晶閘管器件,使得電力電子器件不再是限制發(fā)電機(jī)輸出電壓等級(jí)和功率容量提

4、升的瓶頸。
　　 工作過程中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)切換是變拓?fù)渥兞髌骺刂频暮诵膯栴},也是困擾變拓?fù)淙嵝宰兞髌鞯碾y題。采用傳統(tǒng)的PI控制時(shí),雖然控制方法成熟,但是動(dòng)態(tài)效果不理想,無法補(bǔ)償變拓?fù)溥^程存在的電流過沖。新型電流峰值預(yù)測控制替代了傳統(tǒng)方法用來消除拓?fù)淝袚Q過程的電流過沖,不但獲得了切換過程中平滑的功率輸出,而且取得快速的電流動(dòng)態(tài)響應(yīng),提高了整流器抗諧波干擾能力。
　　 新的電流峰值預(yù)測控制方法基于交流電壓伏秒積分的周期性變化。利

5、用交流電壓伏秒積分變化的周期性,晶閘管觸發(fā)后,電感電流在本周期內(nèi)將要到達(dá)的最大峰值可以根據(jù)上個(gè)周期的電壓伏秒變化趨勢做出預(yù)先判斷。因此,預(yù)測模型只涉及直流側(cè)電感上的電壓伏秒積分與電流之間的關(guān)系,與負(fù)載無關(guān),大大簡化了控制計(jì)算,避免了以往預(yù)測控制中超越函數(shù)的求解。而且晶閘管的觸發(fā)不再依賴電壓相位信息,提高了抗諧波干擾能力。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并行計(jì)算的兩個(gè)電流峰值預(yù)測控制器成功實(shí)現(xiàn)了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)切換的平滑過渡,消除了電流過沖。說明變拓?fù)涞淖?/p>

6、流器裝置采用合理的控制策略,完全能夠克服動(dòng)態(tài)拓?fù)渥兓瘞淼牟焕绊?在拓?fù)淝袚Q的過程中仍保持平滑的功率輸出。
　　 新型變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的晶閘管整流器不能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的單位功率因數(shù)運(yùn)行。但是六相雙Y永磁同步發(fā)電機(jī)與變拓?fù)渥兞髌髋浜鲜褂脮r(shí),發(fā)電機(jī)內(nèi)部5、7次諧波磁勢顯著削弱,使得轉(zhuǎn)子表面附加損耗和轉(zhuǎn)子溫升大大降低,因此,由于非正弦波形包含諧波所造成的發(fā)電機(jī)降額使用的情況顯著得到改善。
　　 沉重的機(jī)艙通過細(xì)長的塔架支撐樹立在半空中