技術干貨 | 雙饋變流器和全功率變流器的重點區別有哪些？
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、最具規模化開發條件和最具商業化發展前景的新能源，風電產業是我國重要的戰略性新型產業 。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。國家能源局發布2019年風電和光伏發電并網運行情況：2019年風電發電量達到4057億千瓦時，占總發電量5.33%；光伏發電量2238億千瓦時，占總發電量2.94%，同比增長率均保持兩位數增長。風電利用小時數較高的地區是云南、四川和廣西；光伏利用小時數最高的是東北地區。
風電變流器是風電機組的核心部件之一，在風力發電系統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的安全穩定運行起到良好作用。風電變流器可以優化風力發電系統的運行，實現寬風速范圍內的變速恒頻發電，改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發電機損耗，提高運行效率，提升風能利用率。
01風力發電機全功率和雙饋的區別在于發電機與變頻器
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電系統，風輪通過升速齒輪箱與雙饋異步發電機主軸相連，將機械驅動轉矩傳遞到雙饋異步發電機軸，發電機定子直接連接電網，變流器一側連接發電機轉子，另一側連所采用的接電網。通過改變轉子中的勵磁電流的頻率，使得在定子上發出與電網電壓、頻率相同的電力，輸入電網。
發電機的轉速控制需要風電機組整機控制系統通過變流器的電流控制來實現，發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，來實現發電機定子輸出電壓與電網同步。因發電機的電功率一部分直接經定子饋送到電網，另外一部分由轉子經變流器饋送到電網，故這里的發電機稱為雙饋型發電機，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電機系統，風輪直接或通過升速齒輪箱與發電機主軸連接，將機械驅動轉矩傳遞到發電機軸，變流器一側連接發電機定子，一側連接電網。將發電機發出的電壓、頻率不同的電力，經過整流、逆變后變成與電網電壓、頻率相同的電力，輸入電網。
這里的發電機可以為永磁或電勵磁同步發電機，當然也有采用異步發電機的。發電機的轉速控制需要風電機組整機控制系統通過變流器的電流控制來實現，因發電機所有的發電功率需要經變流器饋送到電網，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，考慮系統發熱損耗，全功率變流器的額定功率略大于發電機額定功率。
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，網側和電機側的策略基本相同，網側控制電壓恒定和1功率因數，機側控制發電機力矩。
2.不同點：
兩者并網策略和低電壓穿越策略不同。由于電機與電網隔開，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全功率和雙饋的優缺點
由于雙饋型風電機組轉速調節范圍大，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點。
兩種風力發電機都可使風機實現變速運行以提高風力發電機捕捉風力的效率，雙饋的優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的波動比較敏感，在電網電壓波動時，比較容易跳閘脫網。全功率風力發電機一般采用永磁發電機(也可以是其它類型的，但目前多用的是永磁同步發電機)，成本比較高，但這樣發電機與電網實現隔離，發電機受到沖擊小，所以壽命長，故障率低，特別是對電網波動的敏感度小，可不增加任何設備實現低電壓穿越功能，在電網故障時，可以發出無功，以維持電網電壓，可以說是電網友好型風機，隨著可控硅部件的成本降低，今后的風機發展應該是這個方向。
