1.4.4 风电场中的电力电子变换器拓扑结构

目前的风力发电机组常以数百兆瓦的功率容量大量集中在一起，大容量的风电场将会直接连入输电网，逐步取代传统的发电厂，这意味着风力发电机组应具有发电厂特性，即能够成为电力系统中的主控部件。大型风电场有很高的技术要求，可以实现频率和电压控制，可以调节有功和无功功率，能为电力系统提供快速的瞬态和动态响应。早期的风力发电机组不具备这些控制能力，储能技术也不成熟，不能保证电力系统的稳定。因此，在满足未来高要求的大型风电场中，电力电子技术越来越有吸引力。

目前，为了能够满足较高的发电技术要求，并尽可能降低安装成本，人们在采用不同的电力电子变换器连接形式来研究风电场的电气设计方面，展开了大量的研究工作。根据电力电子装置在风电场中的使用情况，有几种不同的电路结构可供选择，它们有其各自的优点和缺点。其拓扑结构有以下几种。

（1）完全分散的控制结构：风电场中的每个风力发电机组都有各自的变换器和控制系统。这种结构的优点是，每个风轮都可根据局部的风况运行在最佳状态。

（2）部分集中、部分离散控制结构：功率变换器中的整流器和逆变器分开放置，通过一根高压直流母线电缆相互连接。整个风电场中所有风力发电机输出的交流电就地整流后汇集到直流网络，再通过一个中央逆变器连接到公共电网上。这种结构由Dahlgren等人在2000年提出，同时建议使用多极高压永磁同步发电机，已在Gotland Sweden风电场运行。

这种结构具有变速恒频风力发电机组的所有特征，每个风力发电机组都可以单独地进行控制，若采用VSC作为整流器，则发电机还可以采用SCIG。

（3）完全集中的控制结构：整个风电场中所有风力发电机组通过一个中央电力电子变换器连接到公共电网上。风力发电机可以采用SCIG或WRSG。这种结构的优点是风力发电机组与电网之间实现了解耦，因此风电场对可能出现的电网故障具有健壮性。这种风电场的缺点是所有的风力发电机组以相同的平均角速度旋转，而不以各自的最佳转速运行，因此对单个风力发电机组来讲，失去了变速运行的一些优点。

可见，电力电子技术在大型风电场中的应用前景很好，对满足电力公司对风电场提出的高要求将起到关键的作用。