王明军——提高双馈风电机组低风效率的方法

　　1.4直驱与双馈风电机组

　　变速恒频风电机组主要有永磁同步直驱式和双馈异步式两种，这两种都可以由变频器实现无冲击并网和脱网。

　　从它们在低风速下的运行情况看，直驱式风电机组没有运行转速下限的限制，而双馈式风电机组存在着运行转速的下限，从原理上来讲，直驱式机组的切入风速可以更低。但是，直驭式机组使用的是全功率变频器，存在较高的功率损耗，由于全功率变频器的容童是双馈机组变颇器的三倍左右，所以，变频器的功率器件和冷却等设备所消耗功率比双馈机组要大很多。同时，机组可以吸收的风能与风速的三次方成正比，在低的切入风速情况下，可利用的风能非常有限。永徽同步技术其机组转速范围较宽，在低风速下发电量有一定优势，但其全功率变频的特点导致随风速提高，其发电t优势将因变频器损耗迅速增大而减小。

　　从原理上来讲，如果改变双馈机组在低风速段运行方式，使其在低风速时不受最低并网转速的限制，叶轮转速就能严格追踪标，提高双馈机组在低风的发电效率。

　　2.变速恒频双馈双模风电机组

　　传统双馈型机组在转速很低时，转子绕组的开口电压增大会导致变频器过压，因此，低风速段一般采用恒定转速运行，这使得在低风速段机组实现最佳能量捕获效率下降。另一方面，双馈发电机的定子一直与电网连接，励磁损耗恒定并没有相应随着转速降低，因此在低速区间运行时，双馈机组的效率与直驱全功率变频相比效率偏低。

　　因此，低风速区采用全功率型电气传动链，通过弱磁控制技术提高发电效率。从原理上讲，双馈机组在低风速时的变换方案有以下两种方式：

　　第一种全功率变频的感应发电机模式：将发电机转子三相在变频器处短接导通，发电机定彩与变频器的发电机机侧端导通。系统原理，如图3所示。

　　　　　　　　　　　　　图3：转子短接，定子接变频器的低风工作模式

发电机转子三相短接形成闭合线圈后，定子由变频器励磁提供启动电流，在定子线留产生磁场。叶轮旋转，在定子上感生出三相交流电流到变频器的发电机机侧，通过变频器整流变成直流，再由变频器的电网相同频率的交流，送至电网。

　　另一种全功率变频的感应发电机模式：将发电机定子三相在变频器处短接导通：转子与变频器机侧相连的低风速工作模式。系统原理，如图4所示。

　　                     图4：定子短接，转子接变频器的低风工作模式

　　从转换接线和实际操作来看，这种低风工作变换模式较转子短接、定子接变频器变换方式更为简捷，更便于实施和控制。在进行低风工作模式切换时，双馈工作模式中转子与变频器的连接方式不变，在变频器的并网开关（或定子接触器）处加以短接即可。因双馈电发机的转子开路电压通常采用高电压设计，使得转子励磁比定子励磁具有更好的变频器电流容量优势。另外，这种双馈发电机变换模式还可以作“无风启机”之用，变换后就把双馈电机切换为感应电机模式。当定子三相短接后，转子由变频器提供励磁电流使叶轮旋转起来，当旋转到并网转速后，调节变频器励磁从而达到双馈机组在无风条件下启机、并网的目的，或判断机组故障。

　　发电机定子三相短接后，形成闭合线圈，先由转子通过变频器励磁提供启动电流，在转子线圈上产生磁场。叶轮旋转，在转子上感生出三相交流电流到变频器机侧，通过变频器整流变成直流，再由变频器的电网侧产生与电网相同频率的交流，送至电网。

　　当上述低风工作模式用于提高机组效率时，变频器均工作于“交一直一交”全功率变频方式。此时，变频器的工作原理与直驱机组相同，机组的工作方式和效率与直驱型机组类似，不再受最低并网转速限制。

　　当风速较高，机组功率较大时，切回到通常的双馈工作模式；运行机组工作于通常的双馈工作模式，在风速和机组功率低到一定程度后，通过控制系统再把双馈模式自动切换到全功率变频的低风工作模式。

　　总之，无论是从低风速全功率变频模式切换到高风速双馈模式，还是，高风速双馈模式切换到低风速全功率变频模式，均能根据外界风况条件在不停机的条件下实现两种工作模式之间自由切换。