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新型機電混合無級變速風力發電系統
發布時間：2015-12-22 13:25
新型機電混合無級變速風力發電系統的發展問世，吸引了全球能源企業的極度重視，發電升速系統的創新主要是技術方面其采用一級增速裝置，通過無級變速器控制電氣的速度，調整發電的進度，不僅在提高系統質量維持可信度的基礎上還有效的縮小系統的體積，使這種新型發電系統恒穩變速，節省安裝復雜裝置時間的同時還能最大限度的利用風能進行發電。本文通過研究這種新型混合發電系統的構造原理，分析其內在工作流程，對有關的專業問題進行論述和探討。
基于全球能源行業對可再生能源的開發及環境問題的不斷關注，越來越多的行動都為了加大對再生能源的有效開發與合理利用。而最為人熟知也是開發最頻繁且成熟的風能，正被人們廣泛的利用并存在于全球能源企業的逐漸關注中。風力發電系統受到了國內外專家及學者深入的研究，隨后提出了雙向反饋恒穩變速風能發電系統、低速高磁直驅風力發電系統等并與之相對應的控制措施和技巧，使風力發電的性能有很大部分的提高，也得到了廣大企業的應用，但這兩種系統在體積和容量上都有最為薄弱的環節，所以機電混合無級變速風力發電系統的提出從專業上提高了風力發電的綜合水平。
一、新型發電系統的原理
新型風力發電系統的構成部分和內在結構，依次為風機、增速裝置、無極變速器、發電機、變壓器等，與母線接流的整流逆變裝置雙管齊下，通過直流母線連接儲備裝置，系統運作中，與直流相交的整流逆變裝置同時為定子繞組和內資繞組供電，服務于兩子的變流中，當風速處于一個適宜的變化范圍時，通過增速、變速連接兩子的逆電輸出電頻，穩定主力發電機在工作中的同步轉速，以保持發出的電流恒定，正弦之間以交流電的形式直接并網，使之調節有效無功。
在整個系統儲備量適中的情況下，風速若能保持在一定的范圍內運作，發電系統就可能輸出恒定的功率，并可直接有效地避開對電網的沖擊。機電混合無極變速器作為變速裝置中最主要的系統，同時也處在整個發電系統的核心位置，對整個系統工作模式的控制及分析策略有著一定的影響，其本質是為定子與外轉子聯合構成的電機進行級聯。
風力發電系統中的變速裝置是利用內外轉子轉動時的速度差減小，而增加機械功率的運流，完成高效率轉換，風力機中的非線性關系是利用風能的系數與風速的關系進行測兌，所以推導系數與轉速關系，加強風能對其的利用，是控制發電系統功率最重要的方式之一。系統的正常運行，可有效啟動無風停機后續工作，規定額度內運行的高能傳輸，無風停機后對電廠和電網中的用戶仍可進行短期時刻持續供電。而啟動系統程序后，在其過程中系統若長時間處于停機狀態，備用的儲蓄裝置無電能存儲，系統就將自行啟動可帶動風力機轉動的設備，定子將繞組發電，漸漸升高直流母線的電壓，同時內轉子外側備用電子裝備也隨著定子驅動，以同步速度維持母線電壓。
發電系統的內部一般都會有備用的儲能裝置，以防在無風停機時充分利用，這個裝置在啟動時無級變速器會通過外轉子的協力驅動，使無壓風機轉動到一定額度限制的速度時自動促使系統的全面啟動，這不僅會節省不必要浪費的發電時間還可以與發電機的驅動速度保持一致，避免了對電網和電機在大量并網工程中的沖擊。風力發電機的機械傳輸系統能將變速器劃分為兩個部分，Pd合并到輸出軸和Pe經兩子逆變器到輸出軸。額定率運行正常的情況下，變速器好比可變動型的齒輪，加上雙倍驅動功率的電流運作，更加能催化發電運行過程的靈活性和穩定性。如果出現電網及發電機變頻，需電量減少或突發間接性故障，在耗電過程中，放電速度緩慢甚至主機停止發電，雙定子加內轉子合并發電機的無極變速器就可及時的將風能轉化為電能，并將所余風能還不浪費的轉存與備用儲能裝置中去，由此一來，就會極其有效的提高了風能的使用頻率，并降低了使用低電壓的情況。
二、新型發電系統的實驗
實驗工具為10kW無級變速器樣機，定子的外徑、內徑、軸長分別為423mm、330mm、180mm，外轉子的為327.2mm、281.6mm、180mm，內轉子的為280mm、56mm、180mm，風機的變頻感應為11kW，維持轉速的同步為375r/min。
第一，將變頻器上輸出頻率控制為外轉子轉速在200r/min至370r/min之間，看模擬風機的轉速，接線0.5kW負載在發電機上。依此情況實驗，方可見風機轉速會有所波動，內轉子能維持同步轉速，當外轉子速度增加，影響電功率的傳遞速度，是指降速，內轉子的電流同時減弱，而當外轉子速度降低時，內轉子的電流會同時增加。
第二，當外轉子轉速降低，內轉子保持恒定轉速時，將內轉子的負載突然增加，以1kW為單位逐次遞增兩次后再返回原來的負載度數，可用此實驗測量負載情況變化后的系統控制是否保持穩定性。結果經過多次實驗，內轉子的轉速與電流不隨負載的變化而變化，轉速仍能保持在恒定的速度中。
三、新型發電系統的仿真
(一)仿真模型
根據機電混合無極變速器的數字系統模式和電氣風力發電系統的操控策略，建立框架式仿真圖作為研究對象進行分析。
(二)風速和風能
風速的變化快但變化的速率較慢，給定波動幅度的風速，限定風速的情況下，可利用仿真模型做系統控制性的實驗，隨著風速的不斷變化，變速器會不斷調整定子電動機中的電磁方向及轉向規律，使風力機可運行在系統規定的最佳速率點進行工作。
(三)母線電壓
實驗中一般在直流母線上安裝10小時的鎳氫金屬電池作為儲能原料裝置，主機發電裝置一旦以恒定功率輸出電流，直流母線上的電壓就會直接受到主機輸入功率和電池的影響，SOC的正負的變化值也正是影響電池放電和充電狀態的因素。
(四)內轉子的轉速頻率
內轉子的繞組頻率要將外轉子的轉速值作為參考值來設定的，即使內轉子與恒定轉速同步，但受到外轉子的波動轉速影響，其本身的繞組頻率也是在外轉子的給定范圍內波動的，而頻率較慢的外轉子運作時并不能完全驅動內轉子的啟動，當直流達到一定的限定額時，才會控制內轉子繞組并快速啟動，內轉子達到同步速度時，電力就會自動切入電網進行發電了，所以由此看出，外界的風力及速度的影響越劇烈，內轉子便能更好的穩定在恒定的同步轉速中。
四、總結
通過分析和研究新型機電混合無極變速風力發電系統，基于風力發電的系統控制策略展示，搭建了仿真風力發電系統模型和實驗平臺，對于有關理論性質的驗證，設計的有效性，根據驗證結果為此新型發電系統的全面正確應用構建了堅實的基礎。此系統綜合了以往發電驅動裝置的優點，經過實驗深入研究內部潛在的細小問題并加以修整，整合功能遠遠超過預期效果，這種新型的發電系統帶有廣泛開闊的應用前景，但仍需創新設計理念完善相關研究，為發電系統的創立機制做積極的回應。