新型高效“同步无刷励磁风力发电系统”的开发

　　Development of “synchronous brushless excitation wind power generation system”  which is new type and efficient
　　摘要:“高速同步无刷励磁全功率变流”风力发电技术在电压调节和工作效率以及可靠性等方面都具有显著的稳定性和经济性，电能质量大大提高，可实现低电压穿越，可调节无功，保证整体电网的安全。
　　Summary: “High-speed synchronous brushless excitation full power converter technology” have obvious stability and economical efficiency in the aspects of voltage adjustment, the quality of electric energy can be improves greatly, can realize low voltage ride through and adjust reactance so that the safety of the whole grid can be assured.
　　关键词：同步；稳定性；低电压穿越；调节无功
　　Keyword: synchronous; stability; low voltage ride through; adjust reactance
　　引言
　　风力发电以其清洁环保、发电成本低、回报周期短等优势成为未来最有前景的绿色能源。中国风力发电发展势头惊人，以现有发展速度推测，中国将于未来几年内成为全球最大的风力发电市场。
　　现有的风力发电机组技术多来源于国外，以异步双馈和永磁直驱为常规机型，但这些机组技术存在着明显的问题。
　　1、常规的风力发电机组及存在的问题
　　常规风力发电机的励磁是由外部的电源通过电刷和滑环引到转子上，但是由于电刷和滑环的存在，需要经常维护、检修，而且在潮湿，粉尘及有腐蚀性气体的环境中工作容易发生故障，而在化工等需要防爆的场合，电刷火花往往还是一种危险源。
　　（1）双馈机组、直驱电励磁机组：滑环、碳刷的不可靠问题及维护问题；
　　（2）直驱、中、高速永磁机组：退磁氧化问题；
　　（3）现有发电机自身调节能力差、低电压穿越困难的问题。
　　为了克服上述现有技术的不足，本文提出了一种新型技术——高速同步无刷励磁风力发电技术，该技术具有高可靠性和安全性的特点。与目前业内普遍采用的永磁直驱发电技术不同，由于无永磁材料，不会有退磁、氧化问题，使风力发电机组免维护、寿命长，并且采用全功率变流技术，电能质量优于双馈发电，可方便实现电网的低电压穿越功能。
　　2、新型技术——高速同步无刷励磁系统原理
　　无刷励磁同步风力发电机示意图如1所示。无刷励磁系统是无刷励磁同步发电机最核心、最关键的组成部分。同步风力发电机的励磁系统一般由两个部分组成。一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称之为励磁功率输出部分（或称为功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需要，它包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁或自动灭磁等，一般称为励磁控制单元。