26、大型风力发电机及其控制技术解析

大型风力发电机及其控制技术解析

1 风力发电机概述

在风力发电系统中，不同类型的发电机有着各自的特点。在双馈感应发电机（DFIG）系统里，定子频率 $f_1$ 恒定为电网频率值，而转子频率 $f_2 = S * f_1$（$S_{max} = ±0.3$）是可变的。对于同步发电机（SGs）和笼型转子感应发电机（CRIGs），定子频率 $f_1$ 是可变的，以此来控制转速。

一般而言，风力发电机的功率与转速的三次方成正比，±30%的转速变化范围被认为足以高效地收集大部分风能。大型风塔风力发电机的转速会随着功率的增加而稳定下降，从 3 MVA 时的 15 rpm 降至 8(10) MVA 时的 10(9) rpm。由于大型风力发电机的尺寸（和成本）几乎与转速的增加成反比，因此常采用单级（高达 10[20]/1 传动比：1G — 单级齿轮）或多级（高达 250/1 传动比：3/4G — 3/4 级齿轮）机械传动来达到最优解决方案。

目前，现有的大功率（每台超过 1 MVA）风力发电机在应对电压骤降、无功功率能力和机械传动/齿轮传动方面的特点如下表所示：
| 原理 | DFIG | CRIG | PMSG | DCE - SG |
| — | — | — | — | — |
| 电压骤降应对能力 | 中/低 | 可接受 | 良好 | 非常好 |
| 无功功率能力 | 中/低 | 高 | 高 | 高 |
| 齿轮传动比 | 100/1 (3G) | 100/1 (3G) | 无（高达 5 MW）；50/1 (1/2G)（8 MVA 时） | 无（直接驱动） |

直驱（DD）和 3G 传动风力发电系统的比较研究表明，每千瓦