王孝洪13，杨金明23，吴捷2t3

（1华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510640；2华南理工大学电力学院

    广东广州510640；3广东省绿色能源重点实验室，广东广州510640）

    摘要：对变速恒频风力发电系统中的电力电子技术的****发展做了全面综述。介绍了常用的变速恒频发电系统~典型i~17~J及其优l.r J1，并重点以直驱型风力发电系统和双馈型风力发电系统为例，介绍了全功率变换器、双脉宽调制( PWM)变换器、矩阵变换器等典型的功率变换技术及其在系统中的应用。另外，还介绍T转子电流控制器等一些****的在变速恒频风力发电系统巾应用的电力电子变换技术。

  关键词：风力发电；变速恒频i电力电子技术

  中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1673-6540( 2009) 11-0012-06

     Power Electronic Technology in Wind Generation System of

 

0 引  言

    照着经济的发展，环境保护意识不断增强，开发和利用以风能为代表的各类可再生能源已成为人类解决生存问题的战略选择。风力发电技术是目前最成熟的可再生能源发电技术之一，也是许多国家重点开发的新能源发电技术。

l  恒速恒频与变速恒频风力发电系统

    风力发电机组可分为恒速恒频发电机组和变速恒频发电机组两大类。早期的风力发电机组主要采用笼型异步发电机，其结构简单可靠、成本相对较低，且可以直接并网，在假定电网无穷大的前提下，其输出电压和频率出电网整定，风力机一旦并网运行，其转速基本不变，即恒速恒频运行的方式。其基本结构如图1所示。

恒速恒频机组只能固定运行在某一转速时才能达到****运行效率，当风速改变时风力机就会偏离****运行转速，导致运行效率下降。异步风习机组输出的电能质量比较差，功率因数较低，同时，当无穷大电网的假定不存在时，每一台风力机的运行状态调整都会对局域电网产生很大影响，风速、风向的随机性、不稳定性会使风力机输出电至、频率、功率发生变化。

    为解决恒速恒频风力发电机组输出电能质量差、功率因数低等问题，并提高机组发电效率、有效缓解甚至消除驱动链中的应力与力矩振荡，变速恒频风力发电机组越来越受到人们的关注。变速恒频风力发电系统中，风力机可在大范围的风速变化时保持高效运行，其优越性使各国都投入了大量的人力物力进行研究。

    目前，实现变速恒频风力发电的方案有很多种，根据关键部件的不同有以下几种分类方法，各种分类之间具有特定的组合，比较实用和研究较多的有：使用异步发电机、具有齿轮箱、交直交全功率型变速恒频风力发电系统，其系统结构如图2(a)所示；使用永磁同步发电机、宜驱型（无齿轮箱）、交直交全功率型变速恒频风力发电系统，其系统结构如图2(b)所示；使用双馈电机、双向功率变换器励磁控制的变速恒频风为发电系统等，其系统结构如图2（C）

 

    下文将分别对典型的全功率机组和双馈机组中的电力电子技术予以介绍。

2全功率机组中的电力电子技术

    为实现变速恒频的目的，发电机定子绕组通过交一直一交变换器与电网连接，将随风速、风向变化而变化的变频变压电功率转化为与电网同频率同电压的电功率。由于所有的功率都要通过功率变换器进行变换，因此，此类系统中的电力电子装置称为全功率变换器。

    具有齿轮箱的交直交全功率型变速恒频风力发电系统含有齿轮箱，在正常运行时齿轮箱的损耗及其较大的体积也是该系统的一个不足。发电机类型可采用笼型异步发电机、同步发电机、电励磁永磁同步发电机和绕线式异步发电机。直驱型（无齿轮箱）交直交全功率型变速恒频风