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風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的完整測(cè)試解決方案

作者: 時(shí)間:2009-08-05 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

新能源又稱非常規(guī)能源,是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式,如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。目前我國(guó)新能源利用技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展,并在各地形成了一定的規(guī)模,尤其在風(fēng)能領(lǐng)域發(fā)展非常迅速。近期國(guó)家出臺(tái)了新能源發(fā)展規(guī)劃,作為重點(diǎn)扶持行業(yè),擁有了更廣闊的發(fā)展前景。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195767.htm

風(fēng)能領(lǐng)域概述
和其他類型的新能源相比,風(fēng)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其在新能源開發(fā)利用中備受青睞。
其一,儲(chǔ)量大、分布廣。我國(guó)探明風(fēng)能理論儲(chǔ)量為32.26×109kW,而可開發(fā)利用的為2.53×109kW,近??衫蔑L(fēng)能7.5×109kW。我國(guó)東南沿海和內(nèi)蒙、新疆、甘肅等東北、西北地區(qū)是最大風(fēng)能資源區(qū)。


其二,可利用性強(qiáng),成本相對(duì)低。目前風(fēng)電場(chǎng)造價(jià)成本約為8500~9000元/千瓦?時(shí),機(jī)組(設(shè)備)占70%左右,基礎(chǔ)設(shè)施占25%,其他占5%。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本費(fèi)用很低(約占風(fēng)電機(jī)組成本的3%~5%),建設(shè)周期短(半年左右)。一旦建成,風(fēng)電場(chǎng)就是一源源不斷的出錢機(jī)器。


的技術(shù)核心
系統(tǒng)作為風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié),技術(shù)進(jìn)步也是日新月異。目前主要有恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)兩大類。


恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般使用同步電機(jī)或者鼠籠式異步電機(jī),通過(guò)定槳距失速控制的風(fēng)輪機(jī)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值,從而保證發(fā)電機(jī)端輸出電壓的頻率和幅值恒定,其運(yùn)行范圍比較窄,只能在一定風(fēng)速下捕獲風(fēng)能,發(fā)電效率較低。


變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般采用永磁同步電機(jī)或者雙饋電機(jī)作為發(fā)電機(jī),通過(guò)變槳距控制風(fēng)輪,使整個(gè)系統(tǒng)在很大的速度范圍內(nèi)按照最高的效率運(yùn)行,這是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。對(duì)于風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō),其調(diào)速范圍一般在同步速的50%~150%之間,如果采用普通鼠籠異步電機(jī)系統(tǒng)或者永磁同步電機(jī)系統(tǒng),變頻器的容量要求與所拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)容量相當(dāng),非常不經(jīng)濟(jì)。雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定子和電網(wǎng)直接相連接,轉(zhuǎn)子和功率變換器相連接,通過(guò)變換器的功率僅僅是轉(zhuǎn)差功率,這是各種傳動(dòng)系統(tǒng)中效率比較高的,該結(jié)構(gòu)適合于調(diào)速范圍不寬的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),尤其是大中容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。


采用繞線異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)并對(duì)其轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行控制,是變速恒頻異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)形式之一。主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括交流勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)子斬波調(diào)阻以及由上述兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合發(fā)展而來(lái)的混合結(jié)構(gòu)。

 
1 交流勵(lì)磁結(jié)構(gòu)
交流勵(lì)磁控制通過(guò)變頻裝置向轉(zhuǎn)子提供三相滑差頻率的電流進(jìn)行勵(lì)磁,這種方式的變頻裝置通常使用交交變頻器,矩陣變換器或交直交變頻器。


2 斬波調(diào)阻結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)的基本思想是采用一個(gè)可控電力電子開關(guān),以固定載波頻率的PWM方法控制繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加電阻接入時(shí)間的長(zhǎng)短,從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值,控制滑差約在10%的范圍之內(nèi)。該結(jié)構(gòu)依靠外部控制器給出的電流基準(zhǔn)值和電流的測(cè)量值計(jì)算出轉(zhuǎn)子回路的電阻值,通過(guò)電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)子回路的電阻值。這種電力電子裝置的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,但是其定子側(cè)功率因數(shù)比較低,且只能在發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行,是一種受限制的變速恒頻系統(tǒng)。


3 混合結(jié)構(gòu)

為了降低變流器的成本并且能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的寬轉(zhuǎn)速范圍運(yùn)行,有人提出一種基于雙饋電機(jī)斬波調(diào)阻與交流勵(lì)磁控制策略多功能變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),將整流器、斬波器和逆變器結(jié)合在一起,該結(jié)構(gòu)的巧妙之處在于斬波器和逆變器共用了一組可控的電力電子開關(guān),但是由于引入了四個(gè)接觸器型的受控開關(guān),導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)的主回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,很難實(shí)現(xiàn)同步速切換過(guò)程的過(guò)渡,而且在高于同步速運(yùn)行情況下難以改善發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。


綜上所述無(wú)論采用哪種結(jié)構(gòu),在研發(fā)過(guò)程,對(duì)變頻系統(tǒng)的效率和性能進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和測(cè)試都至關(guān)重要;同樣風(fēng)電場(chǎng)的整體監(jiān)控也需要精確的測(cè)試。

風(fēng)力發(fā)電的測(cè)試要點(diǎn)
工欲善其事,必先利其器。風(fēng)力發(fā)電從電機(jī)研發(fā)到風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控需要成套的高性能測(cè)試儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)精確調(diào)制和嚴(yán)密監(jiān)控。


1 利用功率計(jì)對(duì)變頻系統(tǒng)的性能作精確的評(píng)價(jià)
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變頻系統(tǒng)的調(diào)制頻率帶寬高,調(diào)制方式復(fù)雜,調(diào)制的對(duì)象也非正弦波形,波形畸變嚴(yán)重,且包含大量的變頻成分,要求測(cè)量?jī)x表具有寬頻帶功率測(cè)量和諧波分析功能。為此需要選用性能穩(wěn)定且精度高的功率計(jì)作好輔助工作。下文以橫河電機(jī)的WT3000功率計(jì)為例,簡(jiǎn)要談?wù)勶L(fēng)電行業(yè)的測(cè)試。WT3000可以進(jìn)行IEC61000-4-7最新版諧波分析、IEC61000-4-7最新版的諧波測(cè)量及電壓波動(dòng)/閃變測(cè)量,帶寬0.1Hz~1MHz,采樣率200kSa/s,ADC為16位,功率精度為0.02%,配有4個(gè)輸入模塊,8.4英寸LCD顯示,以及USB和Ethernet接口。


● 變頻后波形的失真


波形失真與諧波的關(guān)系,如圖1所示。

圖1 波形失真與諧波的關(guān)系


失真波形的測(cè)量需要足夠帶寬,失真波形包含高頻率成分,測(cè)量?jī)x器的帶寬如果沒(méi)有延伸到高頻段就容易產(chǎn)生誤差。如圖2所示。

圖2 不同波形需要測(cè)量?jī)x器的帶寬


使用WT3000功率計(jì)可同時(shí)進(jìn)行變頻系統(tǒng)功率測(cè)量和諧波分析,方案如圖3所示。

圖3 基于WT3000功率計(jì)的測(cè)量方案

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