摘要：近來(lái)可再生能源的開(kāi)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 [align=center]LEM Sensors Used In Double-Fed Variable Speed Constant Frequency System Zhouqian LijianlinLiujian Liangliang （Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Science）[/align] Abstract：Nowadays, renewable energy has been paid more and more attention for its low cost and 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 and current of the system to do the closed loop control. The paper introduce the LEM sensors used in the DFVSCF system, and experiment proved the precision of the LEM sensors. Key words: wind energy VSCF Double-Fed back-to-back converter LEM 1 引言 近年來(lái)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(lèi)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(zhuān)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(jiàn)，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(guò)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(wú)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)。 [align=center] 圖1 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 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(wú)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)。 [align=center] 圖2 轉(zhuǎn)子逆變器控制結(jié)構(gòu)圖[/align] [b]3 LEM 霍耳傳感器的特點(diǎn) [/b] 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)?；魻柶骷鶕?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蟆? （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(guò)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)。 [b]4 LEM 霍耳傳感器在DFVSCF中的應(yīng)用 [/b] 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(guò)P5和R38分壓，送到A/D進(jìn)行檢測(cè)。P5是精密電位器，用來(lái)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％。 [align=center] 圖3直流母線電壓檢測(cè)電路[/align] 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(guò)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％。 [align=center] 圖4 三相電壓檢測(cè)電路[/align] 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(guò)一個(gè)有用戶選擇的外部電阻R1來(lái)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(guò)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(guò)P4，R24分壓送到A/D轉(zhuǎn)換器。該電路的測(cè)量誤差小于5％。 [align=center] 圖5三相線電流檢測(cè)電路[/align] 5 結(jié)束語(yǔ) 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(wú)與倫比的。 參考文獻(xiàn)： [1] Xing Zuoxial, Zheng Qionglin, Yao Xingjia, Jing Yanjun. “Integration of Large Doubly-fed Wind Power Generator System into Grid”, Proc. of the 8th International Conference on Electrical Machines and Systems,2005,2（27-29）:1000 – 1004. 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