3、无刷励磁系统的组成
(1)静态励磁装置
由于电力电子技术的发展,现在的无刷励磁同步发电机采用开关电源静止励磁装置向交流励磁机定子励磁绕组提供励磁电源。
(2)交流励磁机
一般采用旋转电枢式同步发电机,其功率、电压及功率因数取决于最大励磁电流及其相应的励磁电压(强励要求)和整流回路的接线方式。而频率可任意选择,频率越高,时间常数越小,反应快速性好。但频率决定于转速、极数和发电机使用特性的要求。
交流励磁机的磁场激磁可由外电源供给,但在众多的大中型无刷同步发电机中为了提高运行的可靠性,不受外电源的影响往往由静态励磁装置供给。
(3)旋转整流器
旋转整流器是指由硅整流元件连同散热器,有时还包括相应的整流桥。大多采用三相全波整流桥。旋转整流器是无刷励磁系统中最重要的部分,必须保证其工作在正常状态。
4、高速无刷励磁系统运行
风力机带动励磁发电机旋转时,与主轴一起旋转的励磁机转子绕组发出三相交流电,该三相交流电经旋转整流桥整流后供给同步发电机转子绕组励磁电流。调节交流发电机定子励磁绕组的励磁电流,就可使励磁发电机的转子所发出的三相交流电压得到调整,从而改变同步发电机励磁绕组的励磁电流。这种由励磁发电机从转子发电,整流器在旋转状态下进行整流供给同步发电机转子励磁的方式,就不再需要有静止部分和转动部分之间的相互接触导电,完全省去了电刷和滑环的接触。而且随着现代半导体技术的发展,能够利用机械性能好、高电压、大电流的硅整流元件作为旋转整流器使得无刷励磁成为一种很有发展前途的励磁方式。
励磁调节器的主要功能是根据风速的变化,自动的调节励磁发电机的励磁,使同步发电机的电压达到规定值,同时,励磁调节器还有过电压、过电流、超载等保护功能。
5. 高速同步无刷励磁系统的主要特点和优势
高速同步无刷风力发电机系统以“高速同步、旋转无刷励磁、全功率逆变”为核心。这是借鉴国内已有的火电、水电、风电等相关技术的基础上,首次在风力发电系统上开发和应用的技术方案。
(1)高可靠性。同步发电机在火电和水电系统中占有绝对的主流地位,它在电压调节和工作效率以及可靠性等方面具有其他发电机系统无法相比的稳定性和经济性。这种发电机具有同等功率下体积小、效率高和安装方便的特点。而旋转整流励磁技术的采用使得在风力发电领域开创了一个崭新的发展路线。与同步直驱技术相比,更有利于分散系统危险,技术风险更小;
(2)风能利用范围宽。由于采用全功率变流技术,理论上发电机转速可从0到额定转速变化,经过优化设计后,可提高齿轮箱效率,增大调速范围,最大限度利用风能;
(3)高电能质量。采用全功率逆变的电源供电技术,可以在很大程度上提高供电电源的质量。逆变装置的使用将发电机组和电网的隔离,可以有更多的方案和方法实现低电压穿越,保证整体电网的安全,并网也很方便;
(4)并网方便。在风力发电机组正常运行前,需要将发电机接入电力系统并列运行,进入正常的发电运行模式,发电机并入电网是风力发电系统正常运行的“起点”。高速同步无刷励磁风力发机系统采用全功率逆变,通过对变流的控制及可输出高质量的电能,采用软并网技术,对电网的冲击少,并网方便;
(5)可广泛应用于海上大型风电机组。由于无碳刷、滑环、退磁氧化、易遭腐蚀等不可靠问题的出现,使风电机组免维护,寿命长,为海上大型风电机组的发展提供了全新的技术方案;
(6)全功率逆变方案的其他优势:如快速的响应控制速度(毫秒级)和灵活的控制能力。