摘要：近來可再生能源的開發(fā)利用越發(fā)受到重視,而風(fēng)力發(fā)電是其中最廉價(jià)、最有希望的綠色能源。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中,雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)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(shí)現(xiàn)變流器雙向能量流動(dòng)，必須檢測(cè)系統(tǒng)的電流與電壓等實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，本文介紹了萊姆傳感器在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，系統(tǒng)效果很好。
　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 變速恒頻 雙饋 背靠背變流器萊姆
　　1 引言
　　近年來出現(xiàn)的變速恒頻（VSCF）技術(shù)，引起了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的革命，是風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向【1－2】。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(shì)。VSCF風(fēng)力發(fā)電有很多類型：如發(fā)電機(jī)定子交－直－交全功率變換方式、永磁發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式和雙饋式變速恒頻方式等。
　　作為目前風(fēng)力發(fā)電最佳方案和發(fā)展方向，DFVSCF風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的研究熱點(diǎn)。DFVSCF風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，目前在歐美等風(fēng)電強(qiáng)國(guó)得到了廣泛應(yīng)用�？梢灶A(yù)見，以DFVSCF風(fēng)力發(fā)電為代表的VSCF風(fēng)力發(fā)電機(jī)將逐漸取代陳舊的普通風(fēng)電機(jī)組，成為主要的風(fēng)力發(fā)電方式。目前DFVSCF風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究取得了豐碩的成果，包括勵(lì)磁變換器的拓?fù)渑c控制、發(fā)電機(jī)控制策略研究、最大風(fēng)能追蹤控制、發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性研究等。DFVSCF風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行理論和控制方法的不斷成熟，大大降低了成本，提高了運(yùn)行可靠性，為DFVSCF風(fēng)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(shí)驗(yàn)證明，這種傳感器與普通傳感器相比，具有檢測(cè)精度高、響應(yīng)速度快、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
　　2 DFVSCF基本原理
　　雙饋式變速恒頻（DFVSCF）風(fēng)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(jī)（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(diǎn)主要包括：（1）可實(shí)現(xiàn)VSCF運(yùn)行；（2）變換器容量?jī)H為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差功率，變換器設(shè)計(jì)相對(duì)容易；（3）實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出有功、無功功率解耦控制，從而可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和功率因數(shù)控制和以及對(duì)電網(wǎng)電壓的控制能力（此特性是多數(shù)分布式發(fā)電機(jī)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　DFVSCF正常工作并網(wǎng)發(fā)電時(shí)的控制框圖如圖2所示，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功、無功解耦控制，需要檢測(cè)的參數(shù)包括，發(fā)電機(jī)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(cè)由LEM傳感器實(shí)現(xiàn)。

圖2 轉(zhuǎn)子逆變器控制結(jié)構(gòu)圖

　　3 LEM 霍耳傳感器的特點(diǎn)
　　系統(tǒng)采用霍爾電流傳感器（LEM 模塊）一LA25-NP對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)。霍爾器件根據(jù)磁補(bǔ)償原理制作而成，它可傳感從直流到數(shù)百千赫茲的信號(hào)。與普通傳感器比較，其優(yōu)點(diǎn)為：
　�。�1）LEM模塊可以測(cè)量任意波形的電流和電壓及瞬態(tài)峰值。副邊電流忠實(shí)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2～12kV，特殊要求可達(dá)20～50kV。
　　（3）精度高。在工作溫度區(qū)內(nèi)精度優(yōu)于1％，線性度優(yōu)于0．1％。
　�。�4）動(dòng)態(tài)性能好。響應(yīng)時(shí)間小于l S，跟蹤速度di／dt高于50A／IX S，而普通互感器響應(yīng)時(shí)間為l0～20ms，不能滿足系統(tǒng)對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并補(bǔ)償?shù)囊�求�?
　�。�5） 工作頻率和測(cè)量范嗣寬。工作頻率范圍可達(dá)0～lOOkHz， 測(cè)量電流可達(dá)50kA，測(cè)量電壓可達(dá)6．4kV。
　�。�6）過載能力強(qiáng)。當(dāng)原邊電流超負(fù)荷時(shí)，模塊達(dá)到飽和，可自動(dòng)保護(hù)。
　�。�7）可靠性高。采用霍爾電流傳感器作為電網(wǎng)電流的檢測(cè)元件能較好地完成對(duì)電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

　　4 LEM 霍耳傳感器在DFVSCF中的應(yīng)用

　　直流母線電壓檢測(cè)電路如圖3所示，電壓霍爾輸出信號(hào)經(jīng)過P5和R38分壓，送到A/D進(jìn)行檢測(cè)。P5是精密電位器，用來校正測(cè)量電壓。實(shí)際使用中該電路的測(cè)量誤差小于3％。

圖3直流母線電壓檢測(cè)電路

　　三相工頻線電壓檢測(cè)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(hào)，把該信號(hào)進(jìn)行全波整流，經(jīng)電容濾波得到一個(gè)直流信號(hào)，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(jìn)行檢測(cè)。該電路測(cè)量誤差小于2％。

圖4 三相電壓檢測(cè)電路

 
　　LEM公司LV 25-P型電壓傳感器基于霍爾電磁效應(yīng)，其中比較典型的是 LV 25-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。LV 28-P的典型接法如圖4所示，其中+HT和-HT接待測(cè)電壓，在測(cè)量電壓時(shí)，原邊電流與被測(cè)電壓的比一定要通過一個(gè)有用戶選擇的外部電阻R1來確定，并串聯(lián)在傳感器的原邊回路上。
三相線電流檢測(cè)電路如圖4所示，I-SAM1是電流互感器檢測(cè)的三相線電流信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過絕對(duì)值電路，把負(fù)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(cè)量誤差小于5％。

圖5三相線電流檢測(cè)電路

　　5 結(jié)束語
　　DFVSCF是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)，電壓電流快速準(zhǔn)確的檢測(cè)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(gè)方面。實(shí)驗(yàn)證明，LEM霍耳傳感器在檢測(cè)精度、響應(yīng)速度、可靠性等方面具有的優(yōu)點(diǎn)是普通傳感器無與倫比的。

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