基于風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換裝置研究

O 引言
伴隨著經濟的發(fā)展及人口的增長，人類對能源的需求增加，而以煤炭、石油為主的常規(guī)能源存在有限性，且污染和破壞自然環(huán)境。風能是一種清潔的可再生能源，并且資源豐富，有著無需開采、運輸的特點。目前風力發(fā)電系統(tǒng)分非直驅風力發(fā)電系統(tǒng)和直驅風力發(fā)電系統(tǒng)，前者主要采用齒輪箱對風輪機提速后，驅動常規(guī)異步發(fā)電機，而直驅風力發(fā)電在整個體系結構中，由于省去了增速齒輪箱，減小了風力發(fā)電機的體積和重量，省去了維護，降低了風力發(fā)電機的運行噪聲，所以研究直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的電能變換裝置對提高風電轉換效率及開發(fā)風力發(fā)電技術的推廣，有著重要的社會效益和經濟效益。

1 常規(guī)直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的特性
直驅風力發(fā)電系統(tǒng)采用低速的永磁同步發(fā)電機取代了異步發(fā)電機，在永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)中，風輪機將捕獲的風能以機械能的形式驅動永磁發(fā)電機，永磁發(fā)電機的轉速隨著風速的變化而進行變化，發(fā)出電壓和頻率都變化的電能，需要經過電能變換電路輸出恒壓恒頻的電能?，F階段常規(guī)離網型戶用風力發(fā)電系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。

風速的時變性，使得風力發(fā)電機的電壓及頻率變化，不易于直接被負載利用，所以目前的獨立運行風力發(fā)電系統(tǒng)通過“交流-直流-交流”的轉換方式供電，且要考慮風速很弱及無風的情況，系統(tǒng)的裝置中使用了蓄電池進行儲能。先用整流器將發(fā)電機的交流電變成直流電向蓄電池充電，再用逆變器將直流電變換成電壓和頻率穩(wěn)定的交流電輸出供給負載使用。系統(tǒng)的能量傳輸分配中要經過兩次能量轉換：電能-化學能-電能，能量的利用率偏低，且由于風力發(fā)電發(fā)出的能量較小，往往達不到負載需求的電能。

2 改造后的直驅風力發(fā)電系統(tǒng)
2．1 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本組成
針對直驅風力發(fā)電的特性，研究設計的風力發(fā)電系統(tǒng)應由風輪機、永磁同步發(fā)電機、電能變換裝置(整流器、直流調壓裝置、逆變器)、控制器、泄能負載、蓄電池、制動剎車裝置和用戶負載等組成，其設計研究的永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的結構組成原理圖如圖2所示。