直驅永磁風力發電機低壓交流變槳控制系統設計與應用研究

趙晶 成都阜特科技股份有限公司  610000
劉進 成都阜特科技股份有限公司  610000
作者簡介：趙晶（1984—），男，四川攀枝花人，工程師，在職工程碩士，主要從事風力發電控制系統的設計研究。
          劉進（1984—），男，湖南郴州人，工學學士，主要從事風力發電控制系統的軟件開發研究。
摘要：
　　本文結合直驅永磁同步風力發電機組控制系統的控制原理、載荷設計、機械設計等參數要求。采用低壓交流變槳控制技術方案，從變槳控制架構設計、后備電源設計、配電架構設計等，實現風力發電機組變槳距控制系統的穩定、可靠運行。
關鍵詞：永磁同步風力發電機  變速變槳距控制   低壓交流控制

1永磁同步發電機簡述
1.1直驅永磁發電機的原理概述 
永磁同步發電機轉子上使用的是永磁材料勵磁，沒有勵磁繞組，省去了勵磁繞組的銅損耗；同時，發電機和風力機通過軸系直接耦合在輪轂上，由葉輪直接驅動發電，不需要齒輪箱等中間傳動部件。永磁同步發電機經背靠背式全功率變頻器系統與電網相連，通過變頻器控制系統的作用，來實現風電機組的變速運行。
1.2直驅永磁發電機的優勢介紹
盡管雙饋發電機目前占據著市場的絕大部分份額，它的缺點卻是不容忽視的。很多中外風電設備制造企業和運營企業，經過多年的艱辛運營不免發現，雙饋電機的升速齒輪箱不但效率低，而且故障率高，維修困難，其費用占整個風電設備的比例高達12.9%之多。而直驅式永磁同步發電機免齒輪箱，免轉子勵磁的特點，則良好地解決了這個問題。特別是直驅永磁發電機具有的優越的低電壓穿越能力，為電網的友好運行和未來風電機組的大面積并網，提供了良好的基礎。
　　1.3直驅永磁發電機的應用現狀
　　直驅發電機在時間上和雙饋發電機大約同時出現，但長時間以來相對后者一直發展較慢。但隨著雙饋發電機缺點的不斷顯現，和直驅永磁技術的不斷改進，直驅永磁發電機獲得了跨越式快速發展，在陸地項目中不但得到了廣泛的應用，而且在海上機組中也開始嶄露頭角，大有迎頭趕上并超過雙饋發電機的勢頭。采用直驅永磁發電技術的代表企業有東方電氣、金風科技及湘電風能等公司。

　　2變槳設計規范
　　2.1介紹
　　該風力發電機組為直驅永磁風力發電機組，額定2500kW。發電機組轉速范圍從7到14.5rpm，額定轉速為10.9m/s，功率輸出為2570KW.
變槳距控制系統的最重要目的是控制槳葉實現以下功能：
　　正常發電時，提供規范的發電機轉速。
　　停機關閉程序時，提供規范的空氣動力制動。
　　風力發電機組安全系統的重要組成部分。
　風機啟動時，提供啟動轉矩。
　　2.2設計范圍
　　每個獨立的槳葉由以下組成部分：
　　槳葉
　　減速齒輪箱和變槳電機
　　后備電源
　　控制系統
　　驅動系統
　　電氣和信號聯系系統
　　傳動設計參考以下要求：
　　電機功率、額定力矩參數
　　電機制動力矩參數
　　減速裝置參數