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风力发电技术与功率半导体器件及控制系统
2011-06-19 来源:互联网
         
  虽然如此,仍有一些成功的风力涡轮发电机采用了这一原理。 Nordic WindPower公司 的 1000 型1MW风力涡轮发电机,简易而又重量轻,采用一个双轮叶的失速控制的转子,其扫过面积为 2290m2。这种涡轮发电机是自起动的,轮叶上有失速条,以减小某些早期失速控制涡轮发电机的峰值功率曲线,从而实现一个顶部平坦的功率曲线。转子采用经玻璃纤维强化的聚脂结构,因为这种结构具有较好的气动弹性,有利于“软性”或“挠性”结构便于吸收大动态负载。借用直升飞机的其他部件包括一个“跷跷板式”叶毂,它的弹性轴承可以使轮叶与输入轴有 ±2° 的相对运动,从而降低两者间的风切变力。发电机控制系统和偏转控制系统中的额外阻尼也可进一步提高结构的挠性。
  由 Weier 电子公司制造的发电机是一种四极单速感应式发电机,其转子比旋转电磁场转得稍快一些。这种“滑差”可提供一种阻尼作用,有助于抑制机电振荡。只要切换发电机转子电路内的电阻来控制激励电流,这个滑差值就在 1% ~ 10% 范围内变化。由于 
感应式发电机的转矩与滑差成正比例,因此这种方式就具有速度控制功能,而异步发电机则很难实现这种控制功能。在滑差为0%时,发电机与电网频率同步,既不产生也不消耗电力(转子消耗的无功功率除外)。同样,如果发电机转速比电网频率低,则它进入电动机模式,并吸收电网的电流。为限制这一电流消耗,在风速低于约 4m/s ~5m/s (即涡轮发电机的所谓切入速度)时,输入轴碟式刹车通常能阻止转子的运动。
  Vestas 公司同样将滑差控制技术应用于它的 OptiSlip 系统,而转子上的电子电路与定子上的控制器之间则采用光学耦合。在本例中,控制值约为10%,工作时间约为10ms,从而在湍流条件下实现平稳的功率输出,并降低结构负载。滑差值也会影响发电效率,兆瓦级发电机的滑差值一般工作在1% 范围内,效率约为95%。因为转子电路要消耗无功功率,所以功率因数一般都较低,约为0.87。由于这一原因,开关电容器组是传统系统不可分割的一部分,但功率电路会越来越多地控制功率因数。就 Nordic公司的 1000 型涡轮发电机而言,开关电容能在涡轮发电机的整个工作范围内将输出功率因数保持在 1。
        
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