1.4.4 風(fēng)電場中的電力電子變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常以數(shù)百兆瓦的功率容量大量集中在一起，大容量的風(fēng)電場將會(huì)直接連入輸電網(wǎng)，逐步取代傳統(tǒng)的發(fā)電廠，這意味著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有發(fā)電廠特性，即能夠成為電力系統(tǒng)中的主控部件。大型風(fēng)電場有很高的技術(shù)要求，可以實(shí)現(xiàn)頻率和電壓控制，可以調(diào)節(jié)有功和無功功率，能為電力系統(tǒng)提供快速的瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不具備這些控制能力，儲(chǔ)能技術(shù)也不成熟，不能保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，在滿足未來高要求的大型風(fēng)電場中，電力電子技術(shù)越來越有吸引力。

目前，為了能夠滿足較高的發(fā)電技術(shù)要求，并盡可能降低安裝成本，人們?cè)诓捎貌煌碾娏﹄娮幼儞Q器連接形式來研究風(fēng)電場的電氣設(shè)計(jì)方面，展開了大量的研究工作。根據(jù)電力電子裝置在風(fēng)電場中的使用情況，有幾種不同的電路結(jié)構(gòu)可供選擇，它們有其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下幾種。

（1）完全分散的控制結(jié)構(gòu)：風(fēng)電場中的每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都有各自的變換器和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)風(fēng)輪都可根據(jù)局部的風(fēng)況運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

（2）部分集中、部分離散控制結(jié)構(gòu)：功率變換器中的整流器和逆變器分開放置，通過一根高壓直流母線電纜相互連接。整個(gè)風(fēng)電場中所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電就地整流后匯集到直流網(wǎng)絡(luò)，再通過一個(gè)中央逆變器連接到公共電網(wǎng)上。這種結(jié)構(gòu)由Dahlgren等人在2000年提出，同時(shí)建議使用多極高壓永磁同步發(fā)電機(jī)，已在Gotland Sweden風(fēng)電場運(yùn)行。

這種結(jié)構(gòu)具有變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的所有特征，每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都可以單獨(dú)地進(jìn)行控制，若采用VSC作為整流器，則發(fā)電機(jī)還可以采用SCIG。

（3）完全集中的控制結(jié)構(gòu)：整個(gè)風(fēng)電場中所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過一個(gè)中央電力電子變換器連接到公共電網(wǎng)上。風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以采用SCIG或WRSG。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)了解耦，因此風(fēng)電場對(duì)可能出現(xiàn)的電網(wǎng)故障具有健壯性。這種風(fēng)電場的缺點(diǎn)是所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以相同的平均角速度旋轉(zhuǎn)，而不以各自的最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)行，因此對(duì)單個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來講，失去了變速運(yùn)行的一些優(yōu)點(diǎn)。

可見，電力電子技術(shù)在大型風(fēng)電場中的應(yīng)用前景很好，對(duì)滿足電力公司對(duì)風(fēng)電場提出的高要求將起到關(guān)鍵的作用。