■朱旭辉 宁夏天净新能源开发建设有限公司
■李莉萍 银川供电局
[摘 要]本文以变速恒频风力发电技术为研究对象，着眼于风力发电的关键实现技术，从交流—直流—交流风力发电技术分析、磁场调制发电机技术分析以及交流励磁双馈发电机技术分析这几个方面入手，围绕变速恒频风力发电机关键技术这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了变速恒频风力发电技术作为风力发电最关键技术，其在缓解能源危机以及推动“绿色能源”可持续发展过程中所发挥的至关重要的作用与意义。
[关键词]变速恒频 风力发电技术 发电机 励磁 定子 转子 分析
为缓解能源危机问题，各方工作人[来自wwW.lw5U.coM]员开始针对一种全新的“绿色能源”展开详细分析与研究。一种将电力电子技术、微机信息处理技术及矢量变化控制技术充分融于发电机控制过程当中的发电技术——变速恒频风力发电技术更是以其特殊的应用优势而备受关注。本文是针对变速恒频风力风力发电关键技术这一中心问题做详细分析与说明。
一、交流—直流—交流风力发电技术分析
该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图1）。受到风速持续变化因素的影响，整个系统当中的风力机装置及发电机装置也会产生与风速变化存在一定关系的变速旋转作用，进而导致电功率的产生。由图1我们不难看出：由发电机装置所发出的交流电电流首先借助于整理器装置转换为直流电形式，在此基础之上借助于逆变器发生有源逆变反应形成适宜于电网恒定频率的交流电电源。为确保整个交流—直流—交流反应的稳定性与有效性，风力发电过程当中应当确保发电机装置反应容量基本与变频器装置反应容量保持一致。此类风力发电技术在实践应用过程当中最为突出的优势在于且并网过程当中基本无电流冲击作用力，并网对整个风力发电系统的影响程度较低。但是，考虑到系统运行中采取静态自励式逆变器装置完成频率变化作业，尽管发电过程当中可以针对系统所产生的无功功率予以调节，但电网所接受电流当中仍然存在部分高频电流。
二、磁场调制发电机技术分析
该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图2）。其主要依赖于专门设计的高频交流发电机装置于电力电子变化电路装置完成整个风力发电作业。很明显，该运行系统当中的发电机装置具备较高的旋转频率参数。同传统意义上的同步电机装置不同，这种高频交流发电机装置并不使用直流电励磁，而是选取频率较低的交流电励磁进行系统运行。换句话来说，在运行系统要求输出频率参数（一般情况下以50Hz为恒定值）低于高频交流发电机装置自身运行频率的情况下，该发电机装置三相绕组所生成的电压波形多表现为调幅波形式，将其连接至整理器装置当中即能够获取与高频交流发电机装置单位时间转速无关的正弦波信号。这也就意味着：励磁电流的频率及相位参数直接决定着整个运行系统输出电压的频率及相位参数，而这与现阶段并网运行式风力发电系统的要求是完全一致的，应用价值较高。
三、交流励磁双馈发电机技术分析
该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图3）。在发电机装置单位时间转动速度受到风速变化而发生改变的情况下，控制转子电流频率的方式能够确保定子频率始终处于恒定状态当中，与之相对应的关系式为：定子电流频率参数（即电网系统频率参数）=电机极对数×转子机械频率参数（一般情况下按照发电机单位时间转动速度/60的方式予以计算）＋转子电流频率参数。对该式进行分析可分为三种情况：首先，在发电机单位时间转动速度低于定子旋转磁场单位时间转动速度的情况下，整个风力发电系统运行处于亚同步状态。换句话来说，此时由变频器装置向发电机转子部分提供交流励磁信号，电网所接受电能来自于发电机定子所发出电能，整个关系式取值为“﹢”；其次，在发电机单位时间转动速度高于定子旋转磁场单位时间转动速度的情况下，整个风力发电系统运行处理超同步状态，电网所接收电能来自于发电机装置定子及转子同时发出的电能，整个关系式取值为“﹣”；最后，在发电机单位时间转动速度等同于定子旋转磁场单位时间转动速度的情况下，整个风力发电系统运行处理同步状态，此时的发电机装置充当同步电机职能，变频器装置将直接向转子位置提供相应的直流励磁信号。换句话来说，基于交流励磁双馈发电机技术的变速恒频控制方案以转子电流为载体，这使得图3中所变频器装置的容量仅仅为发电机装置总容量的极小部分，由此使得变速恒频风力发电过程中变频器运行成本得到了有效控制。
四、结束语
无论是交流—直流—交流风力发电技术分析、磁场调制发电机技术分析还是交流励磁双馈发电机技术，基于以上风力发电技术所形成的变速恒频风力发电作业均表现出了如下几个方面的应用优势：①较高的风能转化工作效率；②传统意义上的机电动力系统刚性连接转变为柔性连接方式，在合理控制发电机装置转子脉动的同时有效延长风力机使用寿命；③励磁装置运行动作能够借助于矢量调节与控制，并网运行后发生失步问题的可能性极低；④基于PWM技术支持实现了交宽的转速运行范围，其深入研究与应用的重要性也由此得以凸显。本文针对有关变速恒频风力发电关键技术相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
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