4 风力发电的能量转换 风速的时变性，使得风力发电机的电压及频率变化，不易于直接被负载利用，所以目前的独立运行风力发电系统通过“交流－直流－交流”的转换方式供电，且要考虑风速很弱及无风的情况，系统的装置中使用了蓄电池进行储能。先用整流器将发电机的交流电变成直流电向蓄电池充电，再用逆变器将直流电变换成电压和频率稳定的交流电输出供给负载使用[9]。 5 基于双环控制的PWM逆变器 早些年,PWM逆变器电压电流双环控制用输出电压有效值外环维持输出电压有效值恒定,这种控制方式只能保证输出电压的有效值恒定,不能保证输出电压的波形质量,特别是在非线性负载条件下输出电压谐波含量大,波形失真严重;另一方面,电压有效值外环控制的动态响应过程十分缓慢,在突加、突减负载时输出波形波动大,恢复时间一般需要几个甚至几十个基波周期。瞬时控制方案可以在运行过程中实时地调控输出电压波形,使得供电质量大大提高。其中,应用较多的有:电压单环PID控制,电压电流双环控制,滞环控制,重复控制[11],滑模变结构控制等。目前,电压外环电流内环的双环控制方案是高性能逆变电源的发展方向之一[12],双环控制方案的电流内环扩大逆变器控制系统的带宽,使得逆变器动态响应加快,非线性负载适应能力加强,输出电压的谐波含量减小。 6. 风力发电系统变换器 (1)定速风力发电系统并网过渡过程,采用晶闸管软切入,过渡过程结束后,立即切除变换器,该变换器并非整个系统的核心。 (2)变速风电系统,变换器需完成在变风速条件下,将风力机输出频率随风速变化的交流电转换为与电网电压、频率相同、与电网实现柔性连接的交流电,控制、调节风力机以获取最大风能。
(3)交-交变换器变流效率高,且可四象限运行,功率可快速双向流动,但采取相控方式,输出电压含大量谐波,尤其是低频时谐波含量大、功率因数低。矩阵式交-交变换器采用全控器件和先进控制手段,使得输出电压灵活可控、低频谐波含量大大减小,输入电流保持正弦等。 (4)交-直-交电压型变换器采用二极管不可控整流,输入电流畸变、谐波增大、输入功率因数低,且能量无法双向流动。采用交-直-交电压型双PWM变换器,两电平电压型双PWM变换器主电路拓扑方案非常成熟,可将风力发电系统的谐波含量控制得非常低,切可调节功率因数。同时,通过PWM控制,易于实现变换器四象限运行,电路设计及控制系统设计均较矩阵式变换器简单,因此,目前得以大量采用[13]。
[1]叶杭治．风力发电机组的控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2002 [2]王顺祥.火电厂烟气湿法脱硫自动控制系统探讨与改进[D].重庆大学, 2006. [3]周至祥,段建中,薛建明.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[M].北京:中国电力出版社, 2006. [4]倪受元．风力发电讲座［Ｊ］．太阳能，2001(1)：17-20． [5]周修杰等.2011-2015年中国风力发电行业投资分析及前景预测报告[M]北京：中投顾问，2011（5）：1-505. [6]Michael B. McElroy et al. Science 325，1378 (2009);DOI: 10.1126/science.1175706 [7]舟丹.《中外能源》.2013年.第08期. [8]刘磊.新能源并网发电电能质量研究.科技创新导报.2013 NO.22 [9]黄应强等.宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644003 2010.3.22 [10]张国新.电力自动化设备.2009年6月.第29卷第6期. [11]张 凯.基于重复控制原理的CVCF-PWM逆变器波形控制技术研究[D].武汉:华中科技大学博士学位论文,2000.
[12]L oh P C, Newman M J, Z mood D N, et al. A comparative analysis of muiti- loop voltage regulation strategies for single and three-phase UPS systems[C]. IEEE Trans. on PowerElectronics,2003,18(9):1176-1185. [13]王志新，张华强.风力发电及其控制技术新进展.低压电器.2009,19