異步發(fā)電機在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

　　雙饋異步電機也可在海上大規(guī)模風(fēng)電場應(yīng)用，通常需要配合高壓交流輸電系統(tǒng)。

　　隨著雙饋異步電機為主體的大型風(fēng)力發(fā)電機組容量不斷加大，提高DFIG應(yīng)對電網(wǎng)故障的能力日益重要，如低電壓穿越技術(shù)等。

　　籠型異步電機與風(fēng)電

　　籠型異步電機概述^[10-11]

　　普通籠型異步電機的定子由鐵心和定子繞組組成，轉(zhuǎn)子采用籠型結(jié)構(gòu)。早期的異步發(fā)電機首先要解決的問題是電機自勵建壓的問題，如在輸出端連接適當(dāng)大小的電容器給籠型感應(yīng)發(fā)電機提供勵磁，其缺點是無法連續(xù)調(diào)壓，只能離散地調(diào)節(jié)勵磁。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，利用可控開關(guān)功率器件組成的電力電子變換器可以產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的無功功率，從而替代傳統(tǒng)的單獨的電容勵磁，使得電力電子變換器與感應(yīng)發(fā)電機相結(jié)合的發(fā)電技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

　　如基于背靠背變換器的并網(wǎng)型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)拓撲如圖2所示。定子繞組通過整流器和逆變器與電網(wǎng)或者負載相連：前者工作在整流狀態(tài)，輸出一個穩(wěn)定的直流電壓;后者工作在逆變狀態(tài)，輸出恒頻恒壓的交流電。

　　將電機轉(zhuǎn)子和風(fēng)力機相連，通過風(fēng)力機的升速齒輪驅(qū)動轉(zhuǎn)子超過同步速，即可將風(fēng)力機的機械功率轉(zhuǎn)化為電功率，饋送電網(wǎng)或供給負載。對普通籠型異步電機而言，通常有如下優(yōu)缺點：

　　1.籠型異步電機因堅固的無刷結(jié)構(gòu)，而具有機械簡單、效率高、價格低廉和維護要求低的特點;
　　2.可適用于恒速發(fā)電和變速發(fā)電，可通過電力電子變換器獲得無功勵磁功率;
　　3.電機本體適用于大功率容量，可高達幾兆瓦，具有良好的經(jīng)濟性;
　　4.有功和無功相耦合，影響系統(tǒng)性能。

　　為克服普通籠型異步電機發(fā)電系統(tǒng)中有功和無功相耦合對系統(tǒng)性能的不利影響，進一步發(fā)揮籠型異步電機的優(yōu)勢，美國田納西理工大學(xué)的Ojo教授于2000年提出一種新型籠型異步電機—定子雙繞組異步電機(DWIG)，其定子上布置了兩套繞組，一套為輸出電能的功率繞組，一套為調(diào)節(jié)勵磁的控制繞組，除容量不同外，它們的極數(shù)及繞組形式一樣，且在電氣上沒有直接連接，僅通過磁場耦合。功率繞組，接有勵磁電容，通過整流橋向負載供電;控制繞組，接有電力電子變換器，用于調(diào)節(jié)發(fā)電機內(nèi)部磁場，使其在不同的工況下能穩(wěn)定運行。

　　籠型異步電機在風(fēng)電中應(yīng)用廣泛，如普通籠型異步電機可用于分布式風(fēng)電場合;定子雙繞組電機適用于海上風(fēng)力發(fā)電等。

　　在分布式風(fēng)電中的適用性

　　我國內(nèi)陸有局部風(fēng)能分布區(qū)，分布式風(fēng)力發(fā)電具有較大市場。

　　在中小規(guī)模離網(wǎng)型、微網(wǎng)或并網(wǎng)式分布式風(fēng)力發(fā)電中，普通籠型異步電機因價格優(yōu)勢、本體堅固和易實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電的特點，獲得市場青睞。

　　特別是分布式系統(tǒng)中，通常整合多種資源，進行風(fēng)光互補、風(fēng)熱互補能源開發(fā)，本身附帶儲能系統(tǒng)和電力電子變換器。籠型異步電機與電力電子變換器的優(yōu)勢配合，不僅可以提供勵磁，還可以根據(jù)控制策略調(diào)控多端口(發(fā)電端、儲能端、用電端)的功率流動，方便實現(xiàn)功率平衡以及自我控制、保護和管理，更可以充分發(fā)揮普通籠型異步電機性價比高的優(yōu)勢，從而具有更強的市場競爭力。

　　在未來，(風(fēng)、光等)多資源整合是一大趨勢，籠型異步發(fā)電系統(tǒng)或?qū)l(fā)揮更大優(yōu)勢。

　　在海上風(fēng)電的適用性

　　我國海岸線長，海上風(fēng)電資源豐富，國家規(guī)劃海上風(fēng)電開采力度增強，為減小線損，高壓直流輸電系統(tǒng)具有一定優(yōu)勢，定子雙繞組籠型異步電機可作為其發(fā)電機^[12]。

　　定子雙繞組籠型異步電機的結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點：

　　1.轉(zhuǎn)子為籠型轉(zhuǎn)子，繼承普通籠型異步電機結(jié)構(gòu)簡單堅固，維護較少的特點;
　　2.定子兩套繞組相互電隔離，磁耦合，可以方便勵磁調(diào)速;
　　3.電機側(cè)的變換器容量為系統(tǒng)額定輸出容量的1/3左右;
　　4.在合適的控制策略下，發(fā)電機系統(tǒng)能夠在寬轉(zhuǎn)速全負載的工況下輸出穩(wěn)定的直流電壓，且具有優(yōu)良的動靜態(tài)特性。