海上风电机组机型发展的技术路线对比

大型化是海上风电未来发展的重要趋势,海上风电机组的类型也从恒速恒频发电机组发展到变速恒频发电机组,双馈异步风电机组、永磁和电励磁同步风电机组、笼型异步风电机组4种技术路线均可采用变速恒频控制技术。从发电机类型和控制策略、传动系统和吊装维护两个方面,对不同类型海上风电机组的性能进行比较,由于采用不同的发电机技术、变速恒频控制方法和传动系统,实际应用中也是各有优缺点。从经济性来看,电励磁直驱同步风机系统的成本最高,成本较低的是双馈异步和永磁半直驱同步风机系统;永磁直驱同步发电机组的年发电量最多,其次是电励磁直驱同步风机系统,永磁半直驱同步风机系统介于电励磁直驱同步风机系统和双馈异步风机系统之间;永磁半直驱同步风机系统的度电成本最低。国外海上风电机组以永磁直驱和永磁半直驱同步发电机组两种技术路线为主,而永磁半直驱同步风机系统具有较好的性能和经济性,更适合目前我国海上风电行业的发展现状。     

电励磁风机上位？

11月底,张北草原已经显露出初冬肃穆的影子。国网张北风电实验基地却忙得一塌糊涂,进行着各种机型的低电压穿越测试。湘电风能的新产品2兆瓦电励磁直驱风机也位列其中。“正在做各种检测和调试,因为电励磁的技术已经很成熟,我们对检测结果一点也不担心。”工程师出身的湘电风能副总经理龙辛这一次表现得很乐观,一改半年前的忧心忡忡。     

三一的技术观

说到风机制造的技术路线，在中国仍然是公说公有理，婆说婆有理，三一是在这个问题上下过大力气研究的。为什么到今天为止欧洲的主流技术路线仍然是双馈，市场份额也稳定在85％以上，而大规模商业化的直驱风力发电机仍然停留在电励而非稀土永磁技术上？     

永磁技术应用于风力发电机的挑战

世界上十大风机制造商,有超过一半的制造商正在进行永磁发电机技术的研究,或是早已向市场推出了永磁发电机产品.通常,最简单的将传统双馈异步发电机转换为永磁发电机的办法就是用同速的永磁发电机和全功率变流器替代现在高速齿轮箱后面的双馈异步发电机,仅需要对风机和机舱布置做很小的设计改动.永磁技术提供了各种不同的概念,从10 r/min到20 r/min的大转矩直驱发电机.同时也提供了各种结构方式,像外转子轴向磁通发电机,永磁励磁使电机同时具有高效、高转矩,因为励磁不需要向系统连续地输入能量.而且,也会产生较低的同步电感,可使电机具有大转矩.     

基于Matlab/Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究

以永磁直驱风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、永磁直驱发电机、矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用Matlab/Simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了永磁直驱风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了永磁直驱风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,永磁直驱风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

并网永磁直驱风电机组故障穿越能力仿真研究

随着电力电子器件成本下降,拥有全功率变换器的永磁直驱风机成为各国关注热点。风电场容量不断增大,要求风电机组具有故障穿越能力。本文以直驱同步风电发电机组为研究对象,利用matlab/simulink搭建了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组故障穿越能力进行仿真研究,试验结果表明：在风电场接入点发生故障时,直驱同步风电机组具有故障穿越功能。尤其在电网发生电压跌落时,直驱风机能为系统提供一定的无功支撑。有效防止系统电压过多降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

基于MMC-HVDC的永磁直驱风机并网控制策略

针对风能的不可控性、间歇性的特点及风电并网后将影响电能质量和电网稳定性的问题,提出了一种基于MMC-HVDC的永磁直驱风机并网控制策略。分别在三相静止坐标系与同步旋转坐标系下建立了MMC-HVDC系统的数学模型,并提出了一种由系统级、换流站级和换流器阀级组成的三层控制策略,以有效控制模块电容电压。在Matlab仿真平台搭建的有源网络和无源网络下的测试结果表明,所提出的风机并网控制策略具有良好的动态响应特性及稳定性,能满足大容量、长距离风机并网的要求。     

中国风电行业除缺政策外还缺耐心

新疆金风科技股份有限公司宣布公司国际化业务拓展取得新进展，旗下全资子公司金风美国（Goldwind USA）近日与InterEnergy公司（Inter Energy Holdings）签订了215MW的风机供货协议，将向其提供86台2．5Mw直驱永磁机组，     

基于模拟平台的永磁直驱风力发电MPPT新策略

基于直流电机驱动低速永磁同步发电机的风力发电模拟平台,提出了一种各种风速下最大风能捕获(MPPT)新型实现方法,即由上位机模拟风场,基于最佳叶尖速比(TSR)控制永磁发电机的转速,直接控制直流电动机的功率来模拟风力机捕获的最大风能。基于这种控制策略,对各种风速下的永磁发电机无速度传感器控制、变桨距控制、最大风能的单位功率因数并网控制进行了仿真;在额定风速以下,进行了发电机侧MPPT实验。仿真和实验结果验证了这种永磁直驱风力发电MPPT新策略的正确性和可行性。     

永磁直驱式搅拌系统节能分析与研究

搅拌系统在工业生产中扮演着重要角色，但目前传统的搅拌系统常伴随着过多的能源消耗和机械损耗。研究永磁直驱搅拌系统的节能原理，包括永磁直驱电机节能原理、搅拌桨节能设计和整装搅拌系统的节能分析。研制永磁直驱搅拌系统并将其应用于铜、锌、黄金等金属的冶炼生产。研究表明，永磁直驱搅拌系统在工业应用中具有显著的节能优势。     

1.5 MW永磁直驱风力发电机组变桨控制系统的改进

随着兆瓦级永磁直驱风力发电机组在国内外风力发电领域中占有越来越大的份额,大型永磁直驱风力发电机组的变桨距控制的重要性不言而喻。该文运用等效风速法和PID控制算法共同控制桨距角,从而使发电机的转速能够保持在额定转速上,达到额定功率平稳输出的目的。最终结果在GH公司研发的风机认证软件Bladed上得以验证。     

基于反馈线性化技术的直驱永磁同步风电机组低电压穿越研究

通过对直驱永磁同步风电系统的研究,提出了一种基于反馈线性化的低电压穿越控制策略。直流母线电压由发电机侧整流器来维持调节,考虑到直流母线电压和发电机转子转速的非线性关系,直流母线电压的控制采用了反馈线性化技术。网侧逆变器根据最大风能跟踪原则来控制网侧有功功率,并加入了转子速度参考值的判定环节。运用PSCAD仿真平台建立了一个2 MW的直驱永磁同步风电系统,验证了其正确性和有效性。     

大体积海上风机基础混凝土水管冷却温度场有限元分析

借助有限元计算软件MIDAS,建立中闽能源—湘电风能5 MW海上风机样机工程风机基础混凝土的水管冷却三维有限元模型,计算得到大体积风机基础高性能混凝土在有、无水管冷却情况下的温度场,对比分析水管冷却的效果,为设计和施工提供依据。     

永磁直驱风电机组低电压穿越技术的仿真分析

随着电力电子技术的发展,永磁直驱风电机组的并网运行的发展前景看好。为了提高永磁直驱风电机组在电网故障下的低电压穿越能力,可以在直流侧增加了卸荷电路。通过对永磁直驱风电机组的建模和仿真,表明直流侧增加了卸荷电路可以有效提高直驱永磁风电机组的低电压穿越能力。     

应用双级矩阵变换器的永磁直驱风力发电系统集成控制策略

以基于TSMC的永磁直驱型风力发电系统为研究对象,建立TSMC并网逆变级的数学模型,提出TSMC直驱型风力发电系统的集成控制策略,将最大风能跟踪、输出功率调节、变速恒频控制通过网侧逆变级的集成控制实现,且无需进行稳定直流电压的功率平衡控制,系统控制复杂度降低。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承方案研究

为从根本上解决传统直驱风机系统的机械摩擦问题以有效提高风能利用率,提出直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承方案,即采用径向二自由度混合磁轴承和机械轴承共同支承直驱风力发电机,采用等效磁路法对该混合磁轴承进行数学建模,并利用有限元分析软件对其进行参数设计及机理分析。在此基础上,搭建直驱风力发电机径向二自由度磁悬浮支承系统的数控平台进行试验,试验结果证明该磁悬浮支承方案的正确性和合理性。     

弱交流系统下直驱风电场次同步振荡特性分析

针对弱交流系统下直驱风电场发生次同步振荡问题,建立了直驱永磁风机风电场的电磁暂态等值模型,分析了接入交流系统的强度、风机并网台数、风机控制参数以及静止无功发生器的控制方式对次同步振荡特性的影响。分析结果表明:随着交流系统强度的降低和风机台数增加,次同步振荡频率逐渐向低频段转移,且振荡幅值增大;一定范围内,随着d轴电流内环比例参数增大,系统不易发生次同步振荡,而积分参数增大,次同步振荡频率减小,幅值增大;静止无功发生器(SVG)采用并网点电压幅值控制,比恒定的无功功率控制更容易使直驱风电场发生次同步振荡;最后,搭建三机并联的直驱风电场仿真模型,分析比较了不同运行工况、控制参数下和单机等值模型的差异性。     

全功率变流风力发电系统电压跌落响应特性研究

随着风电机组数量的增加,电网故障时风机的动态响应越来越重要。利用madab／simulink,在建立采用永磁同步电机的直接驱动型变速恒频风电系统模型的基础上,分析了电网电压分别跌落30％-10s、50％-0．58s,85％-0．2s时永磁直驱式风电系统的动态响应。并搭建了实验系统,进行了实验验证。结果表明,直驱式风电系统在3种典型跌落情况下,具有良好的低压度过能力。     

永磁直驱风力发电系统MPPT控制的研究

文章首先介绍了风力机模型。然后介绍了一种改进型的变步长爬山算法,通过该算法改变直驱风力发电系统三重交错并联Boost变换电路的占空比,从而实现最大功率跟踪,获取最大风能。最后,利用MATLAB/SIMULINK建立直驱永磁风力发电系统仿真模型并进行研究。试验结果表明,改进型变步长爬山算法比传统爬山算法能更快跟踪最大功率点,控制系统具有较好的控制精度和稳定性。     

PMSG发电系统不平衡电网下网侧变流器控制研究

文章通过对电网不平衡情况下风力发电系统的分析,提出了以抑制负序不平衡电流为主要控制方法的网侧变流器控制策略。为维持不平衡下直流母线电压的稳定,提出电流微分前馈的控制方法,结合以上两点控制方法设计出电网不平衡下永磁直驱风力发电系统网侧变流器综合控制策略,该控制方法结构相对简单、有效,并具有一定的低电压穿越能力。最后在Matlab/Simulink下仿真验证了3 MW永磁直驱风机控制的有效性。