ABB变频器在双馈发电机试验台上的应用

　　1 引言

　　能源和环境是人类面前所要解决的两大问题，以清洁、可再生能源为主的能源结构将成为未来发展的必然。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109mw，其中可利用的风能为2×107mw，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。近5年来，世界风能市场每年都以40%的速度增长。1997年全世界风电装机容量只有7000兆瓦，2007年已有9万兆瓦。预计未来20～25年内，世界风能市场每年将递增25%。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

　　中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。截至2006年6月全国风电装机总容量达到126万千瓦，位居世界第10位，亚洲第3位，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。

　　2 动力驱动系统方案

　　(1) 目前流行的变速变桨风力发电机组的动力驱动系统主要两种方案：

　　●一种是升速齿轮箱+绕线式异步电动机+ 双馈电力电子变换器;

　　●一种是无齿轮箱的直接驱动低速永磁发电机+全功率变频器。

　　(2) 还引入了两个具有很大的发展潜力折中方案

　　●一个是低速集成齿轮箱的永磁同步电机+全功率变频器;

　　●一个是高速齿轮箱的永磁同步电机+全功率变频器。

　　2.1高速异步发电机双馈系统(dfig)

　　高速异步发电机双馈系统主要由升速齿轮箱+绕线异步发电机+双馈变频器构成，abb发电机典型功率范围为600～5000kw，如图1所示。

　　图1 双馈风力发电系统图

　　dfig的特点是发电机转速可以在同步转速上、下两个方向变化。假设1.5mw风电机组的叶轮转速变化范围约为10～20r/min，通常令15r/min对应电机同步转速，这样转速变化范围为电机额定转速的±1/3，相应变频器的功率只有电机功率的1/3。若想简化机构采用直接驱动，电机额定转速也应该为15 r/min，由于异步电机定子接在50hz电网，则要求电机极对数为200，很难实现，因此该方案必须使用升速齿轮箱，配高速异步电机(通常采用6极电机)。升速齿轮箱速比大，负荷重，随风速变化波动大且频繁，造价高、易疲劳损坏是该方案的主要缺点，另外绕线式异步电机的电刷和滑环也会影响系统的可靠性，增加维护工作量。

　　2.2 低速永磁同步发电机直驱系统(pmdd)

　　低速永磁同步发电机直驱系统主要由低速永磁同步发电机+全功率变频器构成，如图2所示。abb发电机典型功率范围为600～5000kw。