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莱姆传感器在变速恒频双馈式风力发电系统中的应用

日期:2015-1-1    来源: 莱姆传感器在变速恒频双馈式风力发电系统中的应用


75秒赛车投注网站摘要: 近来可再生能源开发利用越发受到重视 , 而风力发电是其中最廉价、 最有希望绿色能源。 风力发电技 术中 , 双馈变速恒频风力发电技术已经成为其主要发展方 向之一。双馈系统中最重要部件为转子侧背靠背 变流器,实现变流器双向能量流动,必须检测系统电流与电压等实现闭环控制,本文介绍了莱姆传感器双 馈风力发电 系统中应用。实践证明,系统效果很好。 关键词:风力发电 变速恒频 双馈 背靠背变流器莱姆 LEM Sensors Used In Double-Fed Variable Speed Constant Frequency System Zhouqian LijianlinLiujian Liangliang ( Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Science ) Abstract : Nowadays, renewable energy has been paid more more attention for its low cost green energy, especially wind energy. In wind energy ,the double-fed variable speed constant frequency ( DFVSCF ) technology is the main development aspect. The Back-to-back converter is the heart of the DFVSCF. It has to detect the voltage current of the system to do the closed loop control. The paper introduce the LEM sensors used in the DFVSCF system, experiment proved the precision of the LEM sensors. Key words: wind energy VSCF Double-Fed back-to-back converter LEM 1

 

75秒赛车投注网站引言 近年来出现变速恒频( VSCF )技术,引起了风力发电技术革命,是风力发电发展方向【 1 - 2 】 。 VSCF 技 术克服了恒速恒频( CSCF )固有缺陷,具有许 多不可替代优势。 VSCF 风力发电有很多类型:如发电机 定子交-直-交全功率变换方式、永磁发电机直接驱动方式和双馈式变速恒频方式等。 作为目前风力发电最佳方案和发展方向, DFVSCF 风力发电机成为国内外专家学者研究热点。

 

DFVSCF 风力发电技术发展迅速,目前欧美等风电强国到了广 泛应用。可以预见,以 DFVSCF 风力发电为代表 VSCF 风力发电机将逐渐取代陈旧普通风电机组,成为主要风力发电方式。目前 DFVSCF 风力发电技术 研 究取了丰硕成果,包括励磁变换器拓扑与控制、发电机控制策略研究、最大风能追踪控制、发电机稳 定性研究等。 DFVSCF 风力发电机运行理论和控制方法不断 成熟, 大大降低了成本, 提高了运行可靠性, 为 DFVSCF 风力发电推广奠定了基础。 本文分析研究了 LEM 霍耳传感器 VSCF 系统中应用。实验证明,这种传感器与普通传感器相比,具有检 测精度高、响应速度快、可靠性好等优点。 2 DFVSCF 基本原理 双馈式变速恒频( DFVSCF )风力发电模式

 

75秒赛车投注网站(如图 1 所示) ,该方案采用具有定、转子两套绕组双馈型异 步发电机 ( DFIG ) , 定子接入电网, 转子电力电子 变换器与电网相连。 其特点主要包括: ( 1 ) 可实现 VSCF 运行;

( 2 )变换器容量仅为发电机转差功率,变换器设计相对容易;

75秒赛车投注网站( 3 )实现发电机输出有功、无 功功 率解耦控制,可实现最大风能捕获和功率因数控制和以及对电网电压控制能力(此特性是多数分布式发电 机所欠缺) ;

( 4 ) DFIG 与电网为柔性连接方式, 易于并网。 图 1 双馈风力发电系统结构图 DFVSCF 正常工作并网发电时控制框图如图 2 所示,实现系统有功、无功解耦控制,需要检测参数包括, 发电机转速,电网三相电压与三相电流。其中,电压与电流检测由 LEM 传感器实现。 图 2 转子逆变器控制结构图 3 LEM 霍耳传感器特点 系统采用霍尔电流传感器( LEM 模块)一 LA25-NP 对电流进行检测。霍尔器件磁补偿原理制作而成,它 可传感从直流到数百千赫兹信号。

与普通传感器比较,

其优点为: ( 1 ) LEM 模块可以测量任意波形电流和电压及瞬态峰值。副边电流忠实反映原边电流波形。

( 2 )原边电路与副边电路之间完全绝缘,绝缘电压一般为 2 ~ 12kV ,特殊要求可达 20 ~ 50kV 。

( 3 )精度高。工作温度区内精度优于 1 %,线性度优于 0 . 1 %。

75秒赛车投注网站( 4 ) 动态性能好。 响应时间小于 l S , 跟踪速度 di / dt 高于 50A / IX S , 而普通互感器响应时间为 l0 ~ 20ms , 不能满足系统对谐波进行实时检测并补偿要求。

75秒赛车投注网站( 5 ) 工作频率和测量范嗣宽。 工作频率范围可达 0 ~ lOOkHz , 测量电流可达 50kA , 测量电压可达 6 . 4kV 。

75秒赛车投注网站( 6 )过载能力强。当原边电流超负荷时,模块达到饱和,可自动保护。

( 7 )可靠性高。采用霍尔电流传感器作为电网电流检测元件能较好完成对电流实时检测。 4 LEM 霍耳传感器 DFVSCF 中应用 直流母线电压检测电路如图 3 所示,电压霍尔输出信号 P5 和 R38 分压,送到 A/D 进行检测。

P5 是精密 电位器,用来校正测量电压。实际使用中该电路测量误差小于 3 %。 图 3 直流母线电压检测电路 三相工频线电压检测电路如图 4 所示。 V-SAM1 , V-SAM2 是三相线电压降压变压器分压后到工频交流信 号,把该信号进行全波整流,经电容滤波到一个直 流信号,然后送到电压跟随器,经 P3 、 R44 分压,最 后送到 A/D 转换器进行检测。

该电路测量误差小于 2 %。 图 4 三相电压检测电路 LEM 公司 LV 25-P 型电压传感器基于霍尔电磁效应, 其中比较典型是 LV 25-P 型传感器额定电流为 10mA , 额定电流情况下,传感器精度最好。

LV 28-P 典型接法如图 4 所示,其中+HT 和 -HT 接待测电压,测量电 压时,原边电流与被测电压比一定要一个有用户选择外部电阻 R1 来确定,并串联传感器原 边回路上。

 

75秒赛车投注网站三相线电流检测电路如图 4 所示, I-SAM1 是电流互感器检测三相线电流信号,这个信号绝对值电路,把 负半周期电流变成正, 接到同相放大电路, 然后 P4 , R24 分压送到 A/D 转换器。 该电路测量误差小于 5 %

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