異步發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

　　雙饋異步電機(jī)也可在海上大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用，通常需要配合高壓交流輸電系統(tǒng)。

　　隨著雙饋異步電機(jī)為主體的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量不斷加大，提高DFIG應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的能力日益重要，如低電壓穿越技術(shù)等。

　　籠型異步電機(jī)與風(fēng)電

　　籠型異步電機(jī)概述^[10-11]

　　普通籠型異步電機(jī)的定子由鐵心和定子繞組組成，轉(zhuǎn)子采用籠型結(jié)構(gòu)。早期的異步發(fā)電機(jī)首先要解決的問(wèn)題是電機(jī)自勵(lì)建壓的問(wèn)題，如在輸出端連接適當(dāng)大小的電容器給籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁，其缺點(diǎn)是無(wú)法連續(xù)調(diào)壓，只能離散地調(diào)節(jié)勵(lì)磁。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，利用可控開(kāi)關(guān)功率器件組成的電力電子變換器可以產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的無(wú)功功率，從而替代傳統(tǒng)的單獨(dú)的電容勵(lì)磁，使得電力電子變換器與感應(yīng)發(fā)電機(jī)相結(jié)合的發(fā)電技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

　　如基于背靠背變換器的并網(wǎng)型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D2所示。定子繞組通過(guò)整流器和逆變器與電網(wǎng)或者負(fù)載相連：前者工作在整流狀態(tài)，輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓;后者工作在逆變狀態(tài)，輸出恒頻恒壓的交流電。

　　將電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)力機(jī)相連，通過(guò)風(fēng)力機(jī)的升速齒輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子超過(guò)同步速，即可將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率轉(zhuǎn)化為電功率，饋送電網(wǎng)或供給負(fù)載。對(duì)普通籠型異步電機(jī)而言，通常有如下優(yōu)缺點(diǎn)：

　　1.籠型異步電機(jī)因堅(jiān)固的無(wú)刷結(jié)構(gòu)，而具有機(jī)械簡(jiǎn)單、效率高、價(jià)格低廉和維護(hù)要求低的特點(diǎn);
　　2.可適用于恒速發(fā)電和變速發(fā)電，可通過(guò)電力電子變換器獲得無(wú)功勵(lì)磁功率;
　　3.電機(jī)本體適用于大功率容量，可高達(dá)幾兆瓦，具有良好的經(jīng)濟(jì)性;
　　4.有功和無(wú)功相耦合，影響系統(tǒng)性能。

　　為克服普通籠型異步電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中有功和無(wú)功相耦合對(duì)系統(tǒng)性能的不利影響，進(jìn)一步發(fā)揮籠型異步電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)田納西理工大學(xué)的Ojo教授于2000年提出一種新型籠型異步電機(jī)—定子雙繞組異步電機(jī)(DWIG)，其定子上布置了兩套繞組，一套為輸出電能的功率繞組，一套為調(diào)節(jié)勵(lì)磁的控制繞組，除容量不同外，它們的極數(shù)及繞組形式一樣，且在電氣上沒(méi)有直接連接，僅通過(guò)磁場(chǎng)耦合。功率繞組，接有勵(lì)磁電容，通過(guò)整流橋向負(fù)載供電;控制繞組，接有電力電子變換器，用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)，使其在不同的工況下能穩(wěn)定運(yùn)行。

　　籠型異步電機(jī)在風(fēng)電中應(yīng)用廣泛，如普通籠型異步電機(jī)可用于分布式風(fēng)電場(chǎng)合;定子雙繞組電機(jī)適用于海上風(fēng)力發(fā)電等。

　　在分布式風(fēng)電中的適用性

　　我國(guó)內(nèi)陸有局部風(fēng)能分布區(qū)，分布式風(fēng)力發(fā)電具有較大市場(chǎng)。

　　在中小規(guī)模離網(wǎng)型、微網(wǎng)或并網(wǎng)式分布式風(fēng)力發(fā)電中，普通籠型異步電機(jī)因價(jià)格優(yōu)勢(shì)、本體堅(jiān)固和易實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電的特點(diǎn)，獲得市場(chǎng)青睞。

　　特別是分布式系統(tǒng)中，通常整合多種資源，進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)熱互補(bǔ)能源開(kāi)發(fā)，本身附帶儲(chǔ)能系統(tǒng)和電力電子變換器。籠型異步電機(jī)與電力電子變換器的優(yōu)勢(shì)配合，不僅可以提供勵(lì)磁，還可以根據(jù)控制策略調(diào)控多端口(發(fā)電端、儲(chǔ)能端、用電端)的功率流動(dòng)，方便實(shí)現(xiàn)功率平衡以及自我控制、保護(hù)和管理，更可以充分發(fā)揮普通籠型異步電機(jī)性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，從而具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　在未來(lái)，(風(fēng)、光等)多資源整合是一大趨勢(shì)，籠型異步發(fā)電系統(tǒng)或?qū)l(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)。

　　在海上風(fēng)電的適用性

　　我國(guó)海岸線長(zhǎng)，海上風(fēng)電資源豐富，國(guó)家規(guī)劃海上風(fēng)電開(kāi)采力度增強(qiáng)，為減小線損，高壓直流輸電系統(tǒng)具有一定優(yōu)勢(shì)，定子雙繞組籠型異步電機(jī)可作為其發(fā)電機(jī)^[12]。

　　定子雙繞組籠型異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.轉(zhuǎn)子為籠型轉(zhuǎn)子，繼承普通籠型異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，維護(hù)較少的特點(diǎn);
　　2.定子兩套繞組相互電隔離，磁耦合，可以方便勵(lì)磁調(diào)速;
　　3.電機(jī)側(cè)的變換器容量為系統(tǒng)額定輸出容量的1/3左右;
　　4.在合適的控制策略下，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)能夠在寬轉(zhuǎn)速全負(fù)載的工況下輸出穩(wěn)定的直流電壓，且具有優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)特性。