淺析基于PSCAD/EMTDC的微電網(wǎng)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
來(lái)源：宏偉發(fā)電機(jī)租憑 發(fā)布日期：2016-04-11 瀏覽：次
大連供電公司、大連熱電集團(tuán)公司香海熱電廠的研究人員周圍、韓禮冬、李鋼、趙靜撰文，闡述了微電網(wǎng)中永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理，應(yīng)用PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套并網(wǎng)運(yùn)行的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括了具有定葉尖速比控制功能的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)模型，和基于非交互式電網(wǎng)跟隨控制策略的電壓前饋控制逆變系統(tǒng)模型。
最后，建立了四種不同的風(fēng)速模型來(lái)模擬永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性，通過(guò)對(duì)定直流電壓控制模塊接入前后仿真波形的對(duì)比，對(duì)該仿真系統(tǒng)進(jìn)行了校核和驗(yàn)證，為下一步建立微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)與并網(wǎng)互為切換的整體仿真系統(tǒng)，以及探討實(shí)際工程中分布式微源對(duì)系統(tǒng)的潮流影響奠定了基礎(chǔ)。
微電網(wǎng)（Microgrid）以自愈、安全、智能、環(huán)保等特征成為未來(lái)全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)。伴隨化石能源的加速枯竭，中小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將在智能微電網(wǎng)中發(fā)揮舉足輕重的作用。
我國(guó)擁有豐富的風(fēng)力資源，近年來(lái)，我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，但大型風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)及建設(shè)一直受到電網(wǎng)接入條件、電網(wǎng)容量及運(yùn)輸及安裝條件的制約。相比之下，中小型風(fēng)力機(jī)組運(yùn)輸及安裝靈活，能夠在山區(qū)、海島等地便捷應(yīng)用，組成單臺(tái)離網(wǎng)獨(dú)立供電系統(tǒng)、單臺(tái)及多臺(tái)并網(wǎng)系統(tǒng)或多臺(tái)小型風(fēng)電場(chǎng)等多種方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源的充分利用。
當(dāng)前，我國(guó)風(fēng)電進(jìn)入飛速擴(kuò)張時(shí)期，在實(shí)際工程中大量安裝的機(jī)組主要有永磁直驅(qū)同步機(jī)組和雙饋異步機(jī)組兩種。其中，基于雙饋異步技術(shù)的機(jī)組其定子部分與電力系統(tǒng)直接連接，轉(zhuǎn)子部分則作為機(jī)組的控制中樞，經(jīng)過(guò)背靠背的交直交環(huán)流系統(tǒng)控制并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流；基于永磁直驅(qū)技術(shù)的機(jī)組在結(jié)構(gòu)上要簡(jiǎn)化得多，它將直接通過(guò)風(fēng)輪機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)低轉(zhuǎn)速永磁同步發(fā)電機(jī)組，經(jīng)電力電子換流電路將電能整流逆變后并入外部大電網(wǎng)。
與雙饋異步機(jī)組相比，永磁直驅(qū)技術(shù)使用多極發(fā)電機(jī)，使其定子側(cè)電壓即使在較低轉(zhuǎn)速下依然能夠保持穩(wěn)定的頻率輸出，并且其定子側(cè)不與大電網(wǎng)直接相連，所以定子頻率的變化對(duì)主網(wǎng)的沖擊幾乎可以忽略。在永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，原動(dòng)機(jī)葉輪主軸與同步發(fā)電機(jī)直接耦合，省去了雙饋機(jī)組中較易發(fā)生故障的齒輪箱以及勵(lì)磁機(jī)構(gòu)，因而大大提高了機(jī)組運(yùn)行效率和安全性，具有運(yùn)行安全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，維護(hù)成本低等多種優(yōu)勢(shì)。
在國(guó)外，越來(lái)越多的客戶采用中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。在日本和德國(guó)的光伏屋頂計(jì)劃之后，荷蘭、丹麥及陽(yáng)光資源匱乏的英國(guó)等西方國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始大力推廣風(fēng)力屋頂發(fā)電計(jì)劃。在我國(guó)大力倡導(dǎo)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，將中小型永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以微電網(wǎng)分布式電源的形式并入電網(wǎng)將是未來(lái)我國(guó)風(fēng)電企業(yè)大力發(fā)展的主流趨勢(shì)和前進(jìn)方向。
本文從永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理出發(fā)，在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)平臺(tái)下建立了包括前置風(fēng)力原動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部分和交直交換流部分的一整套微電網(wǎng)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，并應(yīng)用多種不同的風(fēng)速模型代入進(jìn)行對(duì)比分析，校核和驗(yàn)證了模型的有效性，對(duì)我國(guó)微網(wǎng)交流型電源的相關(guān)研究提供了理論依據(jù)。
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