風力發電系統的分類及拓撲結構,蘭國軍 電力系統及其自動化 20111100351,風力發電系統分類：,1.獨立型風力發電系統 通常獨立型風力發電規模較小，單機容量一般為10kW及以下，通過蓄電池等儲能裝置或與其它能源發電技術相結合，用以解決偏遠地區的供電問題。 2.并網型風力發電系統。 指接入電力系統運行且規模較大的風力發電場。單機容量一般在數百kW及MW。并網運行的風力發電場可以得到大電網的補償和支撐，大功率風電機組并網發電是高效大規模利用風能最經濟的方式，是當今世界利用風能的主要方式。,風力發電系統分類：,1.獨立型風力發電系統 2.并網型風力發電系統,小型直流混合系統,小型交流混合系統,A型：恒速恒頻,B型：變速恒頻,C型：變速含部分功率變頻器,D型：變速全功率變頻器型,小型直流混合系統,小型風力發電系統經常與其他能源混合發電，又可稱之為“混合電力系統”。 1.傳統的直流混合系統，如下圖所示。小型風力機輸出的交流頻率和電壓可變的交流電，經過整流后輸送到電池組電壓等級的直流母線。能量存儲在電池中或通過逆變器轉換成交流提供給負荷。電池組被用來平滑風力機的功率波動，存儲有風時產生的能量以備不時之需。,特點及其拓撲結構,1.小型直流混合系統,小型交流混合系統,以交流母線為主體的小發電系統。光伏和風力發電系統通過專用快速逆變器接入交流電網。,特點及其拓撲結構,2.小型交流混合系統,并網型風力發電系統,A型：恒速恒頻 此類型主要指鼠籠式感應發電機（SCIG）通過變壓器直接連接電網的恒速風機，如下圖所示，雙繞組風機也可歸于此類。因為鼠籠式感應電機需要從電網吸收無功功率，所以此類型風力機使用電容器組進行無功功率補償，使用軟啟動器可以獲得平穩的電網電壓。此類型的缺點是不支持速度控制，需要剛性電網支持，機械承受應力大。,特點及其拓撲結構,特點及其拓撲結構,該類型還具體包括三種類型： （1） 失速控制型。該機型在上世紀8090年代被許多丹麥風力機制造商采用。 特點：簡單、堅固、耐用。不能實現輔助啟動，無法控制風力機的功率。 （2） 槳距控制型。 優點是可控功率，可控啟動和緊急停車。 缺點：高風速時很小的風速變化也會導致很大的輸出功率波動。槳葉調節能補償份額的緩慢變化，但陣風情況不能補償。 （3） 主動失速控制型。低風速時槳葉調節類似于槳距控制型風機，高風速時、使槳葉進入深度失速狀態。 優點：能夠獲得更平穩的有限功率，不會出現槳距控制型風力機的高功率波動。,并網型風力發電系統,2.B型：有限變速 指可變轉子電阻的有限變速風力機，如下圖所示。OptiSlipTM，該技術是Vestas公司在20世紀90年代中期開始使用。使用繞線感應發電機（WRIG）直接并網；同樣需要電容器組進行無功功率補償，使用軟起動器并網。由于轉子電阻可變使得轉差率可變，因此系統的功率輸出穩定，可變轉子電阻的大小決定動態速度控制的范圍。,特點及其拓撲結構,并網型風力發電系統,C型：變速含部分功率變頻器 此類型主要指雙饋式感應發電機（DFIG），如下圖所示。是含繞線轉子感應發電機（WRIG）和轉子電路中部分功率變頻器（額定值約為標稱發電機功率的30%）。雙饋發電機結構類似于三相繞線式異步感應電機，具有定、轉子兩套繞組，定子繞組并網，轉子繞組外接三相轉差頻率變頻器實現交流勵磁。部分功率變頻器用來進行無功功率補償。雙饋發電機是指，在控制中發電機的定、轉子都參與了勵磁，并且定、轉子兩側都有能量的饋送。 優點：變頻器的容量小，更具經濟性，動態速度控制范圍快一般為同步轉速的-40%30%。 缺點主要是需要使用滑環和需要有電網故障保護，具有齒輪箱，結構笨重，易出現機械故障。,特點及其拓撲結構,并網型風力發電系統,4.D型：變速全功率變頻器型 此類型主要指發電機通過全功率變頻器并網的全變速風力機。發電機主要有繞線轉子同步風力發電機（WRSG）或永磁同步發電機（PMSG），結構圖如下圖所示。 其中一些全變速風力發電機系統省去了齒輪箱，此時需要直驅多級發電機，其直徑較大。,直驅式永磁同步發電機根據全功率變流器的不同又可分為： （1）不可控整流+DC/DC升壓+PWM電壓源型逆變器型,DC/DC環節將整流器輸出的直流電壓提高并保持穩定在合適的范圍內，使得逆變器的輸入電壓穩定，提高運行效率、減小諧波。,（2）背靠背雙PWM變流器型,優點：后者中的