[01917735]基于差动调速的新型风力发电机组

为了在提高风能转化效率的同时，减小风电出力对电网的冲击，迄今投运的并网风电机组主 要采用专用发电机系统，借助大功率整流-逆变装置，转换由变速发电机所产生的电能，从而实现 变速恒频(Variable Speed Constant Frequency，VSCF)运行。此类方案虽能满足当前风能产业的装备 需求，但随着单机容量的日趋增大，以及风电所占电力生产比重的增加，各国对风电系统(机组) 的并网运行性能、可靠性与可维修性均提出了更高的要求，使得现有依赖发电机设计和电力电子 技术的主流风电机组存在的问题日渐凸显。主要表现在：风电出力不确定性所带来的电压、频率 波动，加之大功率整流-逆变及相关电力电子设备与系统间的谐振问题，会造成风电输出电能质量 下降；低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)能力不足，也影响到风电机组和电力系统运 行的安全性与稳定性；大容量变流设备接入后的低惯量、弱阻尼特点，以及其较高的控制难度、 制造和维护成本也是目前研发大型高效、低成本陆地/海上风电装备中亟待解决的难题。 基于此，提出了一种“带有发电机前端调速装置”的 VSCF 风电机组新颖解决方案，该机组 不再依赖大功率整流-逆变装置及相应的控制系统来实现恒频电能输出，转而借助功能良好的差动 调速系统对机组主传动链末端输出转速进行实时调节，实现以相对恒定的转速驱动同步机并网发 电运行。此类无变频并网风电系统有望突破现役机组的技术壁垒，不仅可在一定范围内提高风力 机能量效率、降低机组制造成本，还可避免多变流器并联接入后与交流电网及附近SVC、STATCOM 等设备的交互影响，缓解低频振荡和电流谐波问题；同时可通过施加强励磁，在电压故障发生时 提供足够的无功功率，提高机组的 LVRT 性能和主动支撑电网能力。