0 引言
風力發(fā)電是目前最具有形成規(guī)?；妥罹邆渖虡I(yè)化的可再生能源技術(shù)。而實際上風力發(fā)電在很大程度上取決于變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為MW級以上風力發(fā)電機組的主流技術(shù)。所謂變速恒頻，就是通過調(diào)速控制，使風力發(fā)電機組風輪轉(zhuǎn)速能夠跟隨風速的變化，最大限度地提高風能的利用效率，有效降低載荷，同時風輪及其所驅(qū)動的電機轉(zhuǎn)速變化時，保證輸出的電能頻率始終與電網(wǎng)頻率一致。
變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)主要分為雙饋式和直驅(qū)式兩種類型。雙饋式由于其變流器串聯(lián)在雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組中，其容量只有系統(tǒng)總功率的1/4~1/3，有效地降低了系統(tǒng)成本；與雙饋式相比，直驅(qū)式采用低速永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)，無齒輪箱（或半直驅(qū)式，采用一級齒輪箱），也無滑輪，機械故障少，損耗小，運行效率高，維護成本低，但是，由于直驅(qū)式采用系統(tǒng)全功率傳輸，初始成本相對較高。
目前國內(nèi)許多高校、研究所和企業(yè)主要研究、跟蹤，消化吸收雙饋式并網(wǎng)變流器，而我們公司近年來利用多年研究開發(fā)大功率變頻器主電路拓撲和回饋并網(wǎng)控制技術(shù)的優(yōu)勢，專注直驅(qū)式風力發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)的開發(fā)，成功研制出該產(chǎn)品，并已安裝調(diào)試于內(nèi)蒙古包頭市，現(xiàn)已成功運行數(shù)月，且無故障記錄。
1 控制原理
MW級大功率直驅(qū)式并網(wǎng)變流器采用多單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)，單個單元的主電路拓撲采用交-直-交電壓型結(jié)構(gòu)，如圖1或圖2 所示，圖1采用二極管不控整流和Boost升壓穩(wěn)壓電路，圖2采用PWM全控整流電路。

采用圖1主電路拓撲，通過Boost 升壓穩(wěn)壓環(huán)節(jié)將很好地控制后端逆變器的輸入直流電壓，即不論二極管不控整流的輸出直流電壓變化多大，通過Boost 升壓穩(wěn)壓電路后，其直流電壓基本穩(wěn)定，使后端逆變器調(diào)制度范圍好，提高運行效率，減小損耗，同時，Boost 電路還可以對永磁同步發(fā)電機輸出側(cè)進行功率因數(shù)校正。
采用圖2 主電路拓撲，通過PWM 可控整流技術(shù)，可以很好地處理發(fā)電機端的交流電壓不穩(wěn)、諧波較大和直流側(cè)電壓變化大的問題，是最具發(fā)展前途的主電路結(jié)構(gòu)方式。兩種主電路各有各的優(yōu)缺點?？刂粕喜捎秒娏鲀?nèi)環(huán)，電壓外環(huán)雙閉環(huán)矢量控制技術(shù)。
各個單元采用載波移相多重化技術(shù)，無須額外增加濾波器，便能使網(wǎng)側(cè)電流諧波失真系數(shù)THD＜國標5%的要求。
2 技術(shù)特點
山東新風光電子科技發(fā)展有限公司利用多年研制低壓大功率變頻器的主電路拓撲和能量回饋并網(wǎng)技術(shù)，成功研制并已成功用于風力發(fā)電項目中的直驅(qū)式風力發(fā)電并網(wǎng)變流器，其技術(shù)特點有：
1）控制上采用電壓電流雙閉環(huán)矢量控制，呈現(xiàn)電流源特性，電流環(huán)是直驅(qū)式風力發(fā)電并網(wǎng)變流器控制的核心；
2）變流器對電網(wǎng)呈現(xiàn)電流源特性，容易做多單元并聯(lián)，易于大功率化組裝，各個單元之間采用多重化載波移相，極大地減小了網(wǎng)側(cè)電流總諧波；
3）網(wǎng)側(cè)逆變器采用三電平電路拓撲，適應(yīng)網(wǎng)側(cè)電壓范圍廣，同時也有益于減小網(wǎng)側(cè)諧波電流；
4）MW 級變流器需多個單元并聯(lián)組合，系統(tǒng)控制會自動分組工作，很容易線性化并網(wǎng)回饋功率，易于整個風電項目的系統(tǒng)控制，同時有益于減小電流總諧波；
5）并網(wǎng)變流器采用先進的PWM控制技術(shù)，可以靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無功功率，減小開關(guān)損耗，提高效率，自動使并網(wǎng)功率最大化；
6）動態(tài)響應(yīng)快，根據(jù)風電整體控制，可以瞬時滿足大范圍功率變化要求，適應(yīng)性強；
7）具有過熱、過流、短路、旁路、網(wǎng)側(cè)電壓異常等各種保護功能，具有多種模擬量和數(shù)字量接口，具有CAN總線或RS485串行總線等接口，與風電項目中的其它部分連接方便，控制靈活。
3 實驗波形分析
圖3 是并網(wǎng)電流為60 A 時的網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖，圖4是并網(wǎng)電流為100 A時的網(wǎng)側(cè)電壓電流波形圖。從兩圖可以看出，網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且與電網(wǎng)電壓反相，呈現(xiàn)負的單位功率因數(shù)，同時也能觀察到隨著電流的增大，網(wǎng)側(cè)電流的諧波失真系數(shù)（THD）越來越小，即整體效率越來越高。
4 結(jié)語
直驅(qū)式風力發(fā)電并網(wǎng)變流器采用交-直- 交三電平電壓型主電路拓撲，呈控制電流源特性，容易并聯(lián)，易于大功率化組裝，網(wǎng)側(cè)電流正弦化，可以軟并網(wǎng)，對電網(wǎng)無沖擊，無污染，可以廣泛用于風力發(fā)電等可再生能源項目中。