萊姆傳感器在變速恒頻雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、萊姆傳感器在變速恒頻雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：近來可再生能源的開發(fā)利用越發(fā)受到重視,而風力發(fā)電是其中最廉價、最有希望的綠色能源。在風力發(fā)電技術(shù)中,雙饋變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為其主要發(fā)展方向之一。雙饋系統(tǒng)中最重要的部件為轉(zhuǎn)子側(cè)背靠背變流器，為了實現(xiàn)變流器雙向能量流動，必須檢測系統(tǒng)的電流與電壓等實現(xiàn)閉環(huán)控制，本文介紹了萊姆傳感器在雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。實踐證明，系統(tǒng)效果很好。關(guān)鍵詞：風力發(fā)電變速恒頻雙饋背靠背變流器萊姆LEMSensorsUsedIn摘要：近來可再生能源的開發(fā)利用越發(fā)受到重視,而風力發(fā)電是其中最廉價、最有希望的綠色能源。在風力發(fā)電技術(shù)中,雙饋變速恒頻風力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成

2、為其主要發(fā)展方向之一。雙饋系統(tǒng)中最重要的部件為轉(zhuǎn)子側(cè)背靠背變流器，為了實現(xiàn)變流器雙向能量流動，必須檢測系統(tǒng)的電流與電壓等實現(xiàn)閉環(huán)控制，本文介紹了萊姆傳感器在雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。實踐證明，系統(tǒng)效果很好。關(guān)鍵詞：風力發(fā)電變速恒頻雙饋背靠背變流器萊姆LEMSensorsUsedInDouble-FedVariableSpeedConstantFrequencySystemZhouqianLijianlinLiujianLiangliang（InstituteofElectricalEngineeringChineseAcademyofScience）Abstract：Nowadays,rene

3、wableenergyhasbeenpaidmoreandmoreattentionforitslowcostandgreenenergy,especiallywindenergy.Inwindenergy,thedouble-fedvariablespeedconstantfrequency（DFVSCF）technologyisthemaindevelopmentaspect.TheBack-to-backconverteristheheartoftheDFVSCF.Ithastodetectthevoltageandcurrentofthesystemtodotheclosedloopc

4、ontrol.ThepaperintroducetheLEMsensorsusedintheDFVSCFsystem,andexperimentprovedtheprecisionoftheLEMsensors.Keywords:windenergyVSCFDouble-Fedback-to-backconverterLEM1引言近年來出現(xiàn)的變速恒頻（VSCF）技術(shù)，引起了風力發(fā)電技術(shù)的革命，是風力發(fā)電的發(fā)展方向【12】。VSCF技術(shù)克服了恒速恒頻（CSCF）固有缺陷，具有許多不可替代的優(yōu)勢。VSCF風力發(fā)電有很多類型：如發(fā)電機定子交直交全功率變換方式、永磁發(fā)電機直接驅(qū)動方式和雙饋式變速恒頻方

5、式等。作為目前風力發(fā)電最佳方案和發(fā)展方向，DFVSCF風力發(fā)電機成為國內(nèi)外專家學者的研究熱點。DFVSCF風力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，目前在歐美等風電強國得到了廣泛應(yīng)用。可以預(yù)見，以DFVSCF風力發(fā)電為代表的VSCF風力發(fā)電機將逐漸取代陳舊的普通風電機組，成為主要的風力發(fā)電方式。目前DFVSCF風力發(fā)電技術(shù)的研究取得了豐碩的成果，包括勵磁變換器的拓撲與控制、發(fā)電機控制策略研究、最大風能追蹤控制、發(fā)電機穩(wěn)定性研究等。DFVSCF風力發(fā)電機的運行理論和控制方法的不斷成熟，大大降低了成本，提高了運行可靠性，為DFVSCF風力發(fā)電的推廣奠定了基礎(chǔ)。本文分析研究了LEM霍耳傳感器在VSCF系統(tǒng)中的應(yīng)用。實驗

6、證明，這種傳感器與普通傳感器相比，具有檢測精度高、響應(yīng)速度快、可靠性好等優(yōu)點。2DFVSCF基本原理雙饋式變速恒頻（DFVSCF）風力發(fā)電模式（如圖1所示），該方案采用具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組的雙饋型異步發(fā)電機（DFIG），定子接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過電力電子變換器與電網(wǎng)相連。其特點主要包括：（1）可實現(xiàn)VSCF運行；（2）變換器容量僅為發(fā)電機轉(zhuǎn)差功率，變換器設(shè)計相對容易；（3）實現(xiàn)發(fā)電機輸出有功、無功功率解耦控制，從而可實現(xiàn)最大風能捕獲和功率因數(shù)控制和以及對電網(wǎng)電壓的控制能力（此特性是多數(shù)分布式發(fā)電機所欠缺的）；（4）DFIG與電網(wǎng)為柔性連接方式，易于并網(wǎng)。圖1雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖DFVSCF正常工

7、作并網(wǎng)發(fā)電時的控制框圖如圖2所示，為了實現(xiàn)系統(tǒng)有功、無功解耦控制，需要檢測的參數(shù)包括，發(fā)電機轉(zhuǎn)速，電網(wǎng)三相電壓與三相電流。其中，電壓與電流的檢測由LEM傳感器實現(xiàn)。圖2轉(zhuǎn)子逆變器控制結(jié)構(gòu)圖3LEM霍耳傳感器的特點系統(tǒng)采用霍爾電流傳感器（LEM模塊）一LA25-NP對電流進行檢測?；魻柶骷鶕?jù)磁補償原理制作而成，它可傳感從直流到數(shù)百千赫茲的信號。與普通傳感器比較，其優(yōu)點為：（1）LEM模塊可以測量任意波形的電流和電壓及瞬態(tài)峰值。副邊電流忠實地反映原邊電流的波形。（2）原邊電路與副邊電路之間完全絕緣，絕緣電壓一般為212kV，特殊要求可達2050kV。（3）精度高。在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1，線性度

8、優(yōu)于01。（4）動態(tài)性能好。響應(yīng)時間小于lS，跟蹤速度didt高于50AIXS，而普通互感器響應(yīng)時間為l020ms，不能滿足系統(tǒng)對諧波進行實時檢測并補償?shù)囊?。?）工作頻率和測量范嗣寬。工作頻率范圍可達0lOOkHz，測量電流可達50kA，測量電壓可達64kV。（6）過載能力強。當原邊電流超負荷時，模塊達到飽和，可自動保護。（7）可靠性高。采用霍爾電流傳感器作為電網(wǎng)電流的檢測元件能較好地完成對電流的實時檢測。4LEM霍耳傳感器在DFVSCF中的應(yīng)用直流母線電壓檢測電路如圖3所示，電壓霍爾輸出信號經(jīng)過P5和R38分壓，送到A/D進行檢測。P5是精密電位器，用來校正測量電壓。實際使用中該電路的測

9、量誤差小于3。圖3直流母線電壓檢測電路三相工頻線電壓檢測電路如圖4所示。V-SAM1，V-SAM2是三相線電壓經(jīng)過降壓變壓器分壓后得到的工頻交流信號，把該信號進行全波整流，經(jīng)電容濾波得到一個直流信號，然后送到電壓跟隨器，經(jīng)P3、R44分壓，最后送到A/D轉(zhuǎn)換器進行檢測。該電路測量誤差小于2。圖4三相電壓檢測電路LEM公司LV25-P型電壓傳感器基于霍爾電磁效應(yīng)，其中比較典型的是LV25-P型傳感器的額定電流為10mA，在額定電流情況下，傳感器的精度最好。LV28-P的典型接法如圖4所示，其中+HT和-HT接待測電壓，在測量電壓時，原邊電流與被測電壓的比一定要通過一個有用戶選擇的外部電阻R1來確

10、定，并串聯(lián)在傳感器的原邊回路上。三相線電流檢測電路如圖4所示，I-SAM1是電流互感器檢測的三相線電流信號，這個信號通過絕對值電路，把負半周期的電流變成正的，接到同相放大電路，然后經(jīng)過P4，R24分壓送到A/D轉(zhuǎn)換器。該電路的測量誤差小于5。圖5三相線電流檢測電路5結(jié)束語DFVSCF是當今國內(nèi)外的一個研究熱點，電壓電流快速準確的檢測是其中的關(guān)鍵一環(huán)，而傳感器的選擇又是很重要的一個方面。實驗證明，LEM霍耳傳感器在檢測精度、響應(yīng)速度、可靠性等方面具有的優(yōu)點是普通傳感器無與倫比的。參考文獻：1XingZuoxial,ZhengQionglin,YaoXingjia,JingYanjun.“Inte

11、grationofLargeDoubly-fedWindPowerGeneratorSystemintoGrid”,Proc.ofthe8thInternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems,2005,2（27-29）:10001004.2劉其輝,賀益康,卞松江.“變速恒頻風力發(fā)電機空載并網(wǎng)控制”，中國電機工程學報，2004,24（3）:6-11.3Petersson,A.,Thiringer,T.,Harnefors,L.,Petru,T.“ModelingandExperimentalVerificationofGridInteractionofaDFIGWindTurbine”,IEEETrans.onEnergyConversion,2005,20（4）:878886.4Datta,R.,Ranganathan,V.T.“Asimpleposition-sensorlessalgorithmforrotor-sidefield-orientedcontrolofwound-rotorinductionmachine”,IEEETrans.onIndustrialElectronics,2001,48（4）:786-793.作者簡介：周謙（1982）男，中國科學院電工研究所碩士，研究方