直驅風力發電系統低電壓穿越技術
3 直驅系統整機實驗結果及分析
實驗條件:在機側,原動機額定參數AC 380 V/5 kW,永磁電機額定參數380 V/5 kW,齒輪箱變比7.5:1,轉子磁鏈ψ=3.5 Wb;在網側,輸入電壓AC 380 V/50 Hz,自耦調壓器輸出AC 380 V/15 kW,變流器電感1.86 mH,直流母線電壓600 V。直驅風力發電系統電氣結構框圖如圖3所示。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/176124.htm
為測定直驅風力發電系統整機實驗的正確性,這里通過測量機側和網側的功率并根據功率守恒進行判斷。設定永磁電機輸出功率1 kW,轉速為90 r·min-1(原動機變頻器頻率22.5 Hz),電磁轉矩-19.3 N·m。根據永磁電機內部電磁關系,計算出永磁直驅電機輸出電流理論值為3.2 A。根據系統功率守恒,計算出網側變流器輸出電流理論值為1.52 A。整理參數如下:在機側:輸入功率理論值1 kW,轉矩理論值-19.3 N·m,變頻器頻率理論值15.5 Hz,輸出電流理論值3.7 A,測試值3.6 A,輸出電流頻率8.2 Hz,測試值8.8 Hz;在網側:輸出功率理論值1 kW,測試值967 W,母線電壓理論值600 V,測試值599 V,q軸電流為零,輸出電流理論值1.52 A,測試值1.5 A。
圖4為控制永磁電機發出1 kW功率條件下的實驗波形。變流器空載運行時,網側變流器電流ia大小并不為零,這是因為系統本身會消耗一定量的有功,在發電機投入發電時,有功電流由網側提供,也說明網側變流器具有四象限運行能力。對比圖4a,b可見,機側輸出電流的諧波含量要遠小于網側,這主要是因為小功率永磁電機定子繞組電感量較網側變流器電感大得多,故提高網側電流波形質量的方式是增大網側電感的感抗,但會犧牲變流器效率,影響電感使用壽命。
圖5為變流器80%額定功率下的實驗波形。由圖5a可見,Udc在啟動瞬間緩慢爬升至100 V,且沖擊很小,變流器啟動電流約為工作電流1.5倍。由圖5b可見,當變流器輸出功率變大后,較小功率條件下電流的諧波含量明顯減小。
4 結論
在直流母線增加Crowbar卸荷電路,平衡輸入輸出功率,維持直流母線電壓穩定,減小網側變流器輸出電流,實現低電壓穿越。由實驗結果可知Crowbar卸荷能夠有效改善跌落和恢復瞬間的系統動態效果,減小控制系統的振蕩。
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