技術干貨 | 雙饋變流器和全功率變流器的重點區(qū)別有哪些？
時間：2021-01-25 10:33瀏覽量：字號：AAA
風電科普概述：
風電是目前技術最成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件和最具商業(yè)化發(fā)展前景的新能源，風電產業(yè)是我國重要的戰(zhàn)略性新型產業(yè) 。近5年來，我國一直都是全球風電裝機增長速度最快、新增風機裝機容最大的國家。國家能源局發(fā)布2019年風電和光伏發(fā)電并網(wǎng)運行情況：2019年風電發(fā)電量達到4057億千瓦時，占總發(fā)電量5.33%；光伏發(fā)電量2238億千瓦時，占總發(fā)電量2.94%，同比增長率均保持兩位數(shù)增長。風電利用小時數(shù)較高的地區(qū)是云南、四川和廣西；光伏利用小時數(shù)最高的是東北地區(qū)。
風電變流器是風電機組的核心部件之一，在風力發(fā)電系統(tǒng)中占有非常重要的地位。變流技術的應用不僅有利于機組提高效率，同時能對機組的柔性運行和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起到良好作用。風電變流器可以優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)寬風速范圍內的變速恒頻發(fā)電，改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發(fā)電機損耗，提高運行效率，提升風能利用率。
01風力發(fā)電機全功率和雙饋的區(qū)別在于發(fā)電機與變頻器
1.雙饋變流器
目前國內雙饋變流器用于變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)，風輪通過升速齒輪箱與雙饋異步發(fā)電機主軸相連，將機械驅動轉矩傳遞到雙饋異步發(fā)電機軸，發(fā)電機定子直接連接電網(wǎng)，變流器一側連接發(fā)電機轉子，另一側連所采用的接電網(wǎng)。通過改變轉子中的勵磁電流的頻率，使得在定子上發(fā)出與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電力，輸入電網(wǎng)。
發(fā)電機的轉速控制需要風電機組整機控制系統(tǒng)通過變流器的電流控制來實現(xiàn)，發(fā)電機轉子電流由變流器供給，通過控制轉子電流的轉差頻率，來實現(xiàn)發(fā)電機定子輸出電壓與電網(wǎng)同步。因發(fā)電機的電功率一部分直接經(jīng)定子饋送到電網(wǎng)，另外一部分由轉子經(jīng)變流器饋送到電網(wǎng)，故這里的發(fā)電機稱為雙饋型發(fā)電機，變流器相應地被習慣稱作雙饋變流器。雙饋變流器額定功率一般只需為雙饋異步發(fā)電機額定功率的1/3~1/2。
2.全功率變流器
全功率變流器主要用于直驅或半直驅式同步風力發(fā)電機系統(tǒng)，風輪直接或通過升速齒輪箱與發(fā)電機主軸連接，將機械驅動轉矩傳遞到發(fā)電機軸，變流器一側連接發(fā)電機定子，一側連接電網(wǎng)。將發(fā)電機發(fā)出的電壓、頻率不同的電力，經(jīng)過整流、逆變后變成與電網(wǎng)電壓、頻率相同的電力，輸入電網(wǎng)。
這里的發(fā)電機可以為永磁或電勵磁同步發(fā)電機，當然也有采用異步發(fā)電機的。發(fā)電機的轉速控制需要風電機組整機控制系統(tǒng)通過變流器的電流控制來實現(xiàn)，因發(fā)電機所有的發(fā)電功率需要經(jīng)變流器饋送到電網(wǎng)，故這里的變流器被習慣稱為全功率變流器或者全饋變流器，考慮系統(tǒng)發(fā)熱損耗，全功率變流器的額定功率略大于發(fā)電機額定功率。
02全功率和雙饋的相同點及不同點
1.相同點：
兩者都采用了PMM背靠背方案，兩者拓撲，主要器件及配置方案基本相同，可以理解將雙饋變流器的的接線由轉子改到定子即可。同時在控制策略方面，網(wǎng)側和電機側的策略基本相同，網(wǎng)側控制電壓恒定和1功率因數(shù)，機側控制發(fā)電機力矩。
2.不同點：
兩者并網(wǎng)策略和低電壓穿越策略不同。由于電機與電網(wǎng)隔開，所以低電壓穿越直驅要比雙饋容易控制。在機組配置方面雙饋機組必須配置增速齒輪箱。
03全功率和雙饋的優(yōu)缺點
由于雙饋型風電機組轉速調節(jié)范圍大，采用部分變頻，故變頻器容量小，價格低，在成本上有一定的吸引力，所以目前大部分的風電機組都是雙饋型。但是齒輪箱造價昂貴、機械故障多、后期維護工作大，也是其最大的缺點。直驅型風電機組采用永磁同步電機，風輪與電機直接耦合，其取消了沉重的增速齒輪箱，具有高效率、低噪聲、高壽命、減小機組體積、降低運行維護成本等優(yōu)點。
兩種風力發(fā)電機都可使風機實現(xiàn)變速運行以提高風力發(fā)電機捕捉風力的效率，雙饋的優(yōu)點在于變頻器的功率可以只有風機功率的三分之一，這樣可以降低成本， 但這也使風機對電網(wǎng)的波動比較敏感，在電網(wǎng)電壓波動時，比較容易跳閘脫網(wǎng)。全功率風力發(fā)電機一般采用永磁發(fā)電機(也可以是其它類型的，但目前多用的是永磁同步發(fā)電機)，成本比較高，但這樣發(fā)電機與電網(wǎng)實現(xiàn)隔離，發(fā)電機受到?jīng)_擊小，所以壽命長，故障率低，特別是對電網(wǎng)波動的敏感度小，可不增加任何設備實現(xiàn)低電壓穿越功能，在電網(wǎng)故障時，可以發(fā)出無功，以維持電網(wǎng)電壓，可以說是電網(wǎng)友好型風機，隨著可控硅部件的成本降低，今后的風機發(fā)展應該是這個方向。
