这种结构的基本思想是采用一个可控电力电子开关,以固定载波频率的PWM方法控制绕线电机转子回路中附加电阻接入时间的长短,从而调节转子电流的幅值,控制滑差约在10%的范围之内。该结构依靠外部控制器给出的电流基准值和电流的测量值计算出转子回路的电阻值,通过电力电子器件的导通和关断来调整转子回路的电阻值。这种电力电子装置的结构相对简单,但是其定子侧功率因数比较低,且只能在发电机的同步转速以上运行,是一种受限制的变速恒频系统。
3 混合结构
为了降低变流器的成本并且能够实现风力发电系统的宽转速范围运行,有人提出一种基于双馈电机斩波调阻与交流励磁控制策略多功能变流器拓扑结构,将整流器、斩波器和逆变器结合在一起,该结构的巧妙之处在于斩波器和逆变器共用了一组可控的电力电子开关,但是由于引入了四个接触器型的受控开关,导致该结构的主回路结构复杂,很难实现同步速切换过程的过渡,而且在高于同步速运行情况下难以改善发电机的功率因数。
综上所述无论采用哪种结构,在研发过程,对变频系统的效率和性能进行准确的评价和测试都至关重要;同样风电场的整体监控也需要精确的测试。
风力发电的测试要点
工欲善其事,必先利其器。风力发电从电机研发到风电场监控需要成套的高性能测试仪器来实现精确调制和严密监控。
1 利用功率计对变频系统的性能作精确的评价
风力发电系统变频系统的调制频率带宽高,调制方式复杂,调制的对象也非正弦波形,波形畸变严重,且包含大量的变频成分,要求测量仪表具有宽频带功率测量和谐波分析功能。为此需要选用性能稳定且精度高的功率计作好辅助工作。下文以横河电机的WT3000功率计为例,简要谈谈风电行业的测试。WT3000可以进行IEC61000-4-7最新版谐波分析、IEC61000-4-7最新版的谐波测量及电压波动/闪变测量,带宽0.1Hz~1MHz,采样率 200kSa/s,ADC为16位,功率精度为0.02%,配有4个输入模块,8.4英寸LCD显示,以及USB和Ethernet接口。
● 变频后波形的失真
波形失真与谐波的关系,如图1所示。
失真波形的测量需要足够带宽,失真波形包含高频率成分,测量仪器的带宽如果没有延伸到高频段就容易产生误差。如图2所示。
使用WT3000功率计可同时进行变频系统功率测量和谐波分析,方案如图3所示。
● 变频系统的谐波测量方法(如图4所示)
使用FFT运算功能将波形由时域转换成频域,测量各频率成分提取叠加信号频率的方法如下。
傅里叶级数:所有周期函数均可用三角函数的和来表述。
傅里叶积分:将周期设为无穷大,使其能适用于所有函数。
傅里叶变换:对波形的时间函数x(t)进行傅里叶积分运算后,即可得出频率函数X(f)。