第一篇：大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制技術(shù)的研究

大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制技術(shù)的研究

摘要：本文綜合了幾種常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制技術(shù)，分析比較了它們各自應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電上的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出風(fēng)力發(fā)電技術(shù)今后的發(fā)展趨勢為：無刷雙饋發(fā)電機(jī)將在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，最后對在鄱陽湖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用無刷雙饋發(fā)電機(jī)的具體案例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)無刷雙饋電機(jī)

一．引言

近年來，全球化能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，資源短缺和環(huán)境惡化，使各國開始重視開發(fā)和利用可再生、無污染的能源。風(fēng)能，是當(dāng)今可再生的、資源豐富的清潔能源。由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使許多新的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)不斷提出，如異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、磁阻電機(jī)等，但由于這些系統(tǒng)成本比較高，在增加風(fēng)能捕獲能力的同時，要求系統(tǒng)增加更多成本，是的額外的捕獲風(fēng)能變得意義不大。目前，交流勵磁變速恒頻發(fā)電技術(shù)在理論上是最優(yōu)化的一種調(diào)節(jié)技術(shù)。此方法通過在雙饋發(fā)機(jī)轉(zhuǎn)自側(cè)施加三相交流電進(jìn)行勵磁，來調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位，使定子側(cè)輸出恒頻恒壓。這樣不但可以大大提高能量轉(zhuǎn)換效率，還能實(shí)現(xiàn)有功和無功功率的解耦控制，提高電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性。因此，運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制，具有非常重要的意義。

二．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制技術(shù)

1.同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的是同步發(fā)電機(jī)。它在運(yùn)行中，既能輸出有功功率，又能提供無功功率，輸出的電能質(zhì)量高，已被電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。不過，把它移植到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用時，效果卻不夠理想，這是因?yàn)轱L(fēng)速隨機(jī)變化，作用在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩很不穩(wěn)定，使得并網(wǎng)時其調(diào)速性能達(dá)不到期望的精度，使得并網(wǎng)比較難。圖1為其常見的原理圖。

圖1 同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2.異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)

異步發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行時，由于靠轉(zhuǎn)差率來調(diào)整負(fù)荷，因此對機(jī)組的調(diào)速精度要求不高，只要轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速就可并網(wǎng)，而且并網(wǎng)后不會產(chǎn)生震蕩和失步，運(yùn)行非常穩(wěn)定。同時也存在一些問題，如直接并網(wǎng)時產(chǎn)生的過大沖擊電流造成電壓大幅度下降，對系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅；它本身不發(fā)無功功率，需要無功補(bǔ)償?shù)?。圖2為其總體發(fā)電結(jié)構(gòu)圖。

圖2 異步電機(jī)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3.無刷雙饋發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)

無刷雙饋電機(jī)（BDFM）作為一種新型電機(jī)，結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)理異于傳統(tǒng)電機(jī)。它的定子上有兩套級數(shù)不同的繞組。一個為功率繞組，直接接電網(wǎng)；另一個為控制繞組，通過雙向變頻器接電網(wǎng)。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為籠型結(jié)構(gòu)，無需電刷和滑環(huán)，但流過定子勵磁繞組的功率僅為無刷雙饋電機(jī)總功率的一小部分。采用無刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制方案后，不僅可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，降低變頻器的容量，還可在矢量控制策略下實(shí)現(xiàn)有功和無功的靈活控制，起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩o刷雙饋發(fā)電機(jī)取消了電刷和滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固可靠，適用于風(fēng)力發(fā)電的工作環(huán)境，保障了并網(wǎng)后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。輸出側(cè)直接接電網(wǎng)而不經(jīng)過變頻器，使得并網(wǎng)后的電能質(zhì)量更好。圖

3為無刷雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖。

圖3無刷雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖

如上圖所示，無刷雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制，就是根據(jù)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化相應(yīng)的控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使無刷雙饋發(fā)電機(jī)輸出的電壓頻率與電網(wǎng)保持一致。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多采用異步發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)時對電網(wǎng)的沖擊大，而無刷雙饋發(fā)電機(jī)可通過對轉(zhuǎn)子勵磁電流的控制，實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)，避免并網(wǎng)時發(fā)生電流沖擊和電壓波動。在并網(wǎng)前用電壓傳感器分別檢測出電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)功率繞組的頻率、幅值、相位和相序，并通過雙向變流器調(diào)節(jié)控制繞組的勵磁電流，使功率繞組輸出的電壓與電網(wǎng)相應(yīng)電壓頻率、幅值和相位一致，這就滿足了自動并網(wǎng)運(yùn)行。

三．無刷雙饋發(fā)電機(jī)在鄱陽湖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用

1.無刷雙饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)原理圖

圖4無刷雙饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)原理圖

由圖4可知，整個發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、齒輪箱、無刷雙饋發(fā)電機(jī)、變換器及其控制構(gòu)成。其中無刷雙饋發(fā)電機(jī)和變換器是發(fā)電系統(tǒng)的主要部分。

2.變換器電路的結(jié)構(gòu)

圖5為變換器的結(jié)構(gòu)圖。

圖5變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)變換器

圖6為網(wǎng)側(cè)變換器的結(jié)構(gòu)圖。

圖6 變換器的結(jié)構(gòu)圖

由圖可知，變流器結(jié)構(gòu)包括6個電力電子開關(guān)器件組成的逆變環(huán)節(jié)、輸出濾波器和其它輔助控制環(huán)節(jié)。

4.無刷雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真

（1）仿真模型的建立

圖7為假想的鄱陽湖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。由該圖可知，本系統(tǒng)是雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)電路、速度變換等部分組成，其中整流器和逆變器是主要電能轉(zhuǎn)換部分。

圖7 無刷雙饋電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)仿真模型

其中子系統(tǒng)為變流器和電機(jī)部分的仿真圖。結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8變流器及電機(jī)的仿真模型

（2）仿真結(jié)果

參數(shù)設(shè)置：假定給定轉(zhuǎn)速n=1500r/min,轉(zhuǎn)矩T=15N*m,電壓u=220v交流電。仿真結(jié)果如圖9所示。從上到下為轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子電流i的波形。由圖可知，在1s時進(jìn)行了調(diào)速，使轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)子電流i基本保持不變。

圖9 仿真結(jié)果

四．結(jié)論

本文對三種不同的大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制技術(shù)進(jìn)行了分析，指出了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，提出無刷雙饋發(fā)電機(jī)將在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。最后，假想無刷雙饋發(fā)電機(jī)在鄱陽湖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用，并對此進(jìn)行了分析，還對無刷雙饋發(fā)電機(jī)的雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。由仿真結(jié)果可知，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速急速上升并趨于穩(wěn)速運(yùn)行，在t=1s時另加一突增恒值負(fù)載，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速即可下落，直到與此負(fù)載相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速便穩(wěn)定運(yùn)行。這說明系統(tǒng)實(shí)際速度能夠?qū)崿F(xiàn)對給定輸入與擾動輸入信號的良好跟蹤。由于采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速—電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，具有良好的動態(tài)過程。

第二篇：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)

20世紀(jì)90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等學(xué)者對雙饋電機(jī)在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了理論、仿真分析和試驗(yàn)研究，為雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。同時，電力電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，使得采用電力電子元件(IGBT等)和脈寬調(diào)制(PWM)控制的變流技術(shù)在雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，這大大促進(jìn)了雙饋電機(jī)控制技術(shù)在風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。八十年代以后，功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的主要方向是高頻化、大功率、低損耗和良好的可控性，并在交流調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，使其控制性能可以和直流電機(jī)媲美。九十年代微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，加速了雙饋電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用步伐。近十年來是雙饋電機(jī)最重要的發(fā)展階段，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已由基本控制技術(shù)向優(yōu)化控制策略方向發(fā)展。其勵磁控制系統(tǒng)所用變流裝置主要有交交變流器和交直交變流器兩種結(jié)構(gòu)形式:(1)交交變流器的特點(diǎn)是容量大，但是輸出電壓諧波多，輸入側(cè)功率因數(shù)低，使用功率元件數(shù)量較多。(2)采用全控電力電子器件的交直交變流器可以有效克服交交變流器的缺點(diǎn)，而且易于控制策略的實(shí)現(xiàn)和功率雙向流動，非常適用于變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的勵磁控制。

為了改善發(fā)電系統(tǒng)的性能，國內(nèi)外學(xué)者對變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)組的勵磁控制策略進(jìn)行了較深入的研究，主要為基于各種定向方式的矢量控制策略和直接轉(zhuǎn)矩控制策略。我國科研機(jī)構(gòu)從上世紀(jì)九十年代開始了對變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)的研究，但大多數(shù)研究還僅限于實(shí)驗(yàn)室，只有部分研究成果在中，在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵磁控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。因此，加快雙饋機(jī)組的勵磁控制技術(shù)的研究進(jìn)度對提高我國風(fēng)電機(jī)組自主化進(jìn)程具有重要意義。

除了上面提到的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)勵磁控制技術(shù)研究以外，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還有許多研究熱點(diǎn)包括:

(I)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的軟并網(wǎng)軟解列研究

軟并網(wǎng)和軟解列是目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個重要部分。一般的，當(dāng)電網(wǎng)容量比發(fā)電機(jī)的容量大得多的時候，可以不考慮發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的沖擊電流，鑒于目前并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組已經(jīng)發(fā)展到兆瓦級水平，所以必須要限制發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)和解列時候的沖擊電流，做到對電網(wǎng)無沖擊或者沖擊最小。

(2)無速度傳感器技術(shù)在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的研究

近年，雙饋電機(jī)的無位置以及無速度傳感器控制成了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的一個重要研究方向，在雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中需要知道電機(jī)轉(zhuǎn)速以及位置信息，但是速度以及位置傳感器的采用提高了成本并且?guī)砹艘恍┎槐恪＠碚撋峡梢酝ㄟ^電機(jī)的電壓和電流實(shí)時計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制。如果采用無傳感器控就可以使發(fā)電機(jī)和逆變器之間連線消除，降低了系統(tǒng)成本，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。

(3)電網(wǎng)故障狀態(tài)下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不間斷運(yùn)行等方面

并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的定子繞組連接電網(wǎng)上，在運(yùn)行過程中，各種原因引起的電網(wǎng)電壓波動、跌落甚至短路故障會影響發(fā)電機(jī)的不間斷運(yùn)行。電網(wǎng)發(fā)生突然跌落時，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生較高的瞬時電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，可能造成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械損壞或熱損壞，所以三相電網(wǎng)電壓突然跌落時的系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行控制策略的研究是目前研究焦點(diǎn)問題之一。

此外，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定以及無功極限方面也是目前研究的熱點(diǎn)。

在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，經(jīng)常需要把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)并列運(yùn)行。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的“起點(diǎn)”，也是整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠良好運(yùn)行的前提。其主要要求是限制發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)時的瞬變電流，避免對電網(wǎng)造成過大的沖擊，并網(wǎng)過程是否平穩(wěn)直接關(guān)系到含風(fēng)電電網(wǎng)的穩(wěn)定性和發(fā)電機(jī)的安全性。當(dāng)電網(wǎng)的容量比發(fā)電機(jī)的容量大的多(大于25倍)的時候，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時的沖擊電流可以不考慮。但風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大，目前己經(jīng)發(fā)展到兆瓦級水平，機(jī)組并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊已經(jīng)不能忽視。比較嚴(yán)重的后果不但會引起電網(wǎng)電壓的大幅下降，而且還會對發(fā)電機(jī)組各部件造成損害;而且，長時間的并網(wǎng)沖擊，甚至還會造成電力系統(tǒng)的解列以及威脅其它發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

因此必須通過合適的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式來抑制并網(wǎng)沖擊電流。

目前，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的方式主要有兩種，一種被稱為準(zhǔn)同期方式，另一種被稱為自同期方式。準(zhǔn)同期方式是將已經(jīng)勵磁的發(fā)電機(jī)在達(dá)到同期條件后并入電網(wǎng);自同期方式則是將沒有被勵磁的發(fā)電機(jī)在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時并入電網(wǎng)，隨即給發(fā)電機(jī)加上勵磁，接著轉(zhuǎn)子被拉入同步。自同期方式由于當(dāng)發(fā)電機(jī)合閘時，沖擊電流較大，母線電壓跌落較多而很少采用。因此，現(xiàn)在發(fā)電機(jī)的主要并網(wǎng)方式為準(zhǔn)同期方式，它能控制發(fā)電機(jī)快速滿足準(zhǔn)同期條件，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、安全并網(wǎng)。

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)

異步發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行時，由于靠轉(zhuǎn)差率來調(diào)整負(fù)荷，其輸出的功率與轉(zhuǎn)速近乎成線性關(guān)系，因此對機(jī)組的調(diào)速要求不像同步發(fā)電機(jī)那么嚴(yán)格精確，不需要同步設(shè)備和整步操作，只要轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時就可并網(wǎng)。但異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)也存在一些問題。例如直接并網(wǎng)時會產(chǎn)生過大的沖擊電流(約為異步發(fā)電機(jī)額定電流的4～7倍)，并使電網(wǎng)電壓瞬時下降。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電機(jī)容量的不斷增大，這種沖擊電流對發(fā)電機(jī)自身部件的安全以及對電網(wǎng)的影響也愈加嚴(yán)重。過大的沖擊電流，有可能使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接的主回路中自動開關(guān)斷開;而電網(wǎng)電壓的較大幅度下降；則可能會使低壓保護(hù)動作，從而導(dǎo)致異步發(fā)電機(jī)根本不能并網(wǎng)。另外，異步發(fā)電機(jī)還存在著本身不能輸出無功功率、需要無功補(bǔ)償、過高的系統(tǒng)電壓會造成發(fā)電機(jī)磁路飽和等問題。

目前，國內(nèi)外采用異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方式主要有以下幾種。

(1)直接并網(wǎng)方式

這種并網(wǎng)方法要求并網(wǎng)時發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同，當(dāng)風(fēng)力機(jī)驅(qū)動的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速(90%一100%)時即可完成自動并網(wǎng)，見圖(2-6)所示，自動并網(wǎng)的信號由測速裝置給出，然后通過自動空氣開關(guān)合閘完成并網(wǎng)過程。這種并網(wǎng)方式比同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并網(wǎng)簡單，但并網(wǎng)瞬間存在三相短路現(xiàn)象，并網(wǎng)沖擊電流達(dá)到4～5倍額定電流，會引起電力系統(tǒng)電壓的瞬時下降。這種并網(wǎng)方式只適合用于發(fā)電機(jī)組容量較小或與大電網(wǎng)相并的場合。

(2)準(zhǔn)同期并網(wǎng)方式

與同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并網(wǎng)方式相同，在轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，先用電容勵磁，建立額定電壓，然后對已勵磁建立的發(fā)電機(jī)電壓和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)和校正，使其與系統(tǒng)同步。當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相位與系統(tǒng)一致時，將發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行，見圖(2-7)所示。采用這種方式，若按傳統(tǒng)的步驟經(jīng)整步到同步并網(wǎng)，則仍須要高精度的調(diào)速器和整步、同期設(shè)備，不僅要增加機(jī)組的造價，而且從整步達(dá)到準(zhǔn)同步并網(wǎng)所花費(fèi)的時間很長，這是我們所不希望的。該并網(wǎng)方式合閘瞬間盡管沖擊電流很小，但必須控制在最大允許的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)運(yùn)行，以免造成網(wǎng)上飛車。

(3)降壓并網(wǎng)方式

降壓并網(wǎng)是在異步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者接入自禍變壓器，以便達(dá)到降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降的幅度。因?yàn)殡娮琛㈦娍蛊鞯仍墓β?，在發(fā)電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后必須將其迅速切除。顯然這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟(jì)性較差。

(4)晶閘管軟并網(wǎng)方式

這種并網(wǎng)方式是在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，來對發(fā)電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙向晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動開關(guān)K2的動合觸頭并聯(lián)，如圖2-9所示。

接入雙向晶閘管的目的是將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內(nèi)。圖(2-9)示出軟并網(wǎng)裝置的原理。通過采集US和IS的幅值和相位，對晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制。具體的并網(wǎng)過程是:當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接收到由控制系統(tǒng)微處理機(jī)發(fā)出的啟動命令后，先檢查發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序是否一致，若相序正確，則發(fā)出松閘命令，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始啟動；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(約為99 %-100%同步轉(zhuǎn)速)，雙向晶閘管的控制角同時由180度到0度逐漸同步打開，與此同時，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則同時由0度到180度逐漸增大，此時并網(wǎng)自動開關(guān)K2未動作，動合觸點(diǎn)未閉合，異步發(fā)電機(jī)即通過晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)，隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)升高，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率趨于零，當(dāng)轉(zhuǎn)差率為零時，雙向晶閘管已全部導(dǎo)通，并網(wǎng)自動開關(guān)K2動作，短接雙向晶閘管，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不再經(jīng)雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關(guān)K2流入電網(wǎng)。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機(jī)端并入補(bǔ)償電容，將發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)(cos }p)提高到0.95以上。由于風(fēng)速變化的隨機(jī)性，在達(dá)到額定功率前，發(fā)電機(jī)的輸出功率大小是隨機(jī)變化的，因此對補(bǔ)償電容的投入與切除也需要進(jìn)行控制，一般是在控制系統(tǒng)中設(shè)有幾組容量不同的補(bǔ)償電容，根據(jù)輸出無功功率的變化，控制補(bǔ)償電容的分段投入或切除。這種并網(wǎng)方法的特點(diǎn)是通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來連續(xù)調(diào)節(jié)加在負(fù)載上的電壓波形，進(jìn)而改變負(fù)載電壓的有效值。目前，采用晶閘管軟切入裝置((SOFT CUT-IN)已成為大型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中不可缺少的組成部分，用于限制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以及大小電機(jī)切換時的瞬態(tài)沖擊電流，以免對電網(wǎng)造成過大的沖擊。

晶閘管軟并網(wǎng)技術(shù)雖然是目前一種較為先進(jìn)的并網(wǎng)方法，但它也對晶閘管器件以及與之相關(guān)的晶閘管觸發(fā)電路提出了嚴(yán)格的要求，即晶閘管器件的特性要一致、穩(wěn)定以及觸發(fā)電路可靠，只有發(fā)電機(jī)主回路中的每相的雙向晶閘管特性一致，并且控制極觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流一致，全開通后壓降相同，才能保證可控硅導(dǎo)通角在0度到180度范圍內(nèi)同步逐漸增大，才能保證發(fā)電機(jī)三相電流平衡，否則會對發(fā)電機(jī)

不利。

適合交流勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)

目前，適合交流勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要是基于定子磁鏈定向矢量控制的準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制技術(shù)，包括空載并網(wǎng)方式，獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式，以及孤島并網(wǎng)方式。另外，對于垂直軸型的雙饋機(jī)組，由于不能自動起動，所以必須采用“電動式”并網(wǎng)方式。下面對各種并網(wǎng)方式的實(shí)現(xiàn)原理分別給予了簡要介紹。

(1)空載并網(wǎng)技術(shù)

所謂空載并網(wǎng)就是并網(wǎng)前雙饋發(fā)電機(jī)空載，定子電流為零，提取電網(wǎng)的電壓信息(幅值、頻率、相位)作為依據(jù)提供給雙饋發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，通過引入定子磁鏈定向技術(shù)對發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使建立的雙饋發(fā)電機(jī)定子空載電壓與電網(wǎng)電壓的頻率、相位和幅值一致。當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時進(jìn)行并網(wǎng)操作，并網(wǎng)成功后控制策略從并網(wǎng)控制切換到發(fā)電控制。如圖(2-10)所示。

（2)獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)技術(shù)

獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)技術(shù)的基本思路為:并網(wǎng)前雙饋電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行(如電阻性負(fù)載)，根據(jù)電網(wǎng)信息和定子電壓、電流對雙饋電機(jī)和負(fù)載的值進(jìn)行控制，在滿足并網(wǎng)條件時進(jìn)行并網(wǎng)。獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式的特點(diǎn)是并網(wǎng)前雙饋電機(jī)已經(jīng)帶有獨(dú)立負(fù)載，定子有電流，因此并網(wǎng)控制所需要的信息不僅取自于電網(wǎng)側(cè)，同時還取自于雙饋電機(jī)定子側(cè)。

負(fù)載并網(wǎng)方式發(fā)電機(jī)具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，可與風(fēng)力機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對風(fēng)力機(jī)調(diào)速能力的要求，但控制較為復(fù)雜。

(3)孤島并網(wǎng)方式

孤島并網(wǎng)控制方案可分為3個階段。第一階段為勵磁階段，見圖(2-12)所示，從電網(wǎng)側(cè)引入一路預(yù)充電回路接交—直—交變流器的直流側(cè)。預(yù)充電回路由開關(guān)K1、預(yù)充電變壓器和直流充電器構(gòu)成。

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定轉(zhuǎn)速要求后，K1閉合，直流充電器通過預(yù)充電變壓器給交—直—交變流器的直流側(cè)充電。充電結(jié)束后，電機(jī)側(cè)變流器開始工作，供給雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁電流。此時，控制雙饋電機(jī)定子側(cè)電壓逐漸上升，直至輸出電壓達(dá)到額定值，勵磁階段結(jié)束。

第二階段為孤島運(yùn)行階段。首先將Kl

斷開，然后啟動網(wǎng)側(cè)變流器，使之開始升壓運(yùn)行，將直流側(cè)

升壓到所需值。此時，能量在網(wǎng)側(cè)變流器，電機(jī)側(cè)變流器以及雙饋電機(jī)之間流動，它們共同組成一個孤島運(yùn)行方式。

第三階段為并網(wǎng)階段。在孤島運(yùn)行階段，定子側(cè)電壓的幅值、頻率和相位都與電網(wǎng)側(cè)相同。此時閉合開關(guān)K2，電機(jī)與電網(wǎng)之間可以實(shí)現(xiàn)無沖擊并網(wǎng)。并網(wǎng)后，可通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的槳距角來增加風(fēng)力機(jī)輸入能量，從而達(dá)到發(fā)電的目的。

(4)“由動式”并網(wǎng)方式

前面介紹的幾種并網(wǎng)方式都是針對具有自起動能力的水平軸雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的準(zhǔn)同期并網(wǎng)方式，對于垂直軸型的雙饋機(jī)組(又稱達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī))由于不具備自啟動能力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)下的起動可由雙饋電機(jī)運(yùn)行于電動機(jī)工況來實(shí)現(xiàn)。

如圖(2-13)所示，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)起動在轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器之間安裝一個單刀雙擲開關(guān)K3，在進(jìn)行并網(wǎng)操作時，首先操作K3將雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)電阻短路，然后閉合K1連接電網(wǎng)與定子繞組。在電網(wǎng)電壓作用下雙饋電機(jī)將以感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻方式逐漸起動。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子串電阻的大小，可以提高起動轉(zhuǎn)矩減小起動電流，從而緩解機(jī)組起動過程的暫態(tài)沖擊。當(dāng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升并接近同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子電流將下降到零。在此條件下，操作K3斷開串聯(lián)電阻后將轉(zhuǎn)子繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器相連接，同時觸發(fā)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器投入勵磁。最后在成功投入勵磁后，調(diào)節(jié)勵磁使雙饋發(fā)電機(jī)迅速進(jìn)入定子功率或轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)，完成機(jī)組起動過程。

這種并網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)方法簡單，通過適當(dāng)?shù)捻樞蚩刂凭湍軌驅(qū)崿F(xiàn)不具備自起動能力的雙饋發(fā)電機(jī)組的起動與并網(wǎng)的需要，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)安裝有“CrowBarProtection”保護(hù)裝置，則通過控制器投切“CrowBar Protection”就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的起動與準(zhǔn)同期并網(wǎng)。

空載并網(wǎng)方式并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)不帶負(fù)載，不參與能量和轉(zhuǎn)速的控制，所以為了防止在并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)的能量失衡而引起的轉(zhuǎn)速失控，應(yīng)由原動機(jī)來控制發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式并網(wǎng)前接有負(fù)載，發(fā)電機(jī)參與原動機(jī)的能量控制，表現(xiàn)在一方面改變發(fā)電機(jī)的負(fù)載，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的能量輸出，另一方面在負(fù)載一定的情況下，改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時，改變能量在電機(jī)內(nèi)部的分配關(guān)系。前一種作用實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)能量的粗調(diào)，后一種實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)能量的細(xì)調(diào)?？梢钥闯觯蛰d并網(wǎng)方式需要原動機(jī)具有足夠的調(diào)速能力，對原動機(jī)的要求較高;獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式，發(fā)電機(jī)具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，可與原動機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對原動機(jī)調(diào)速能力的要求，但控制復(fù)雜，需要進(jìn)行電壓補(bǔ)償和檢測更多的電壓、電流量。孤島并網(wǎng)方式是一種近年來才提出的比較新穎的一種并網(wǎng)方式，在并網(wǎng)前形成能量回路，轉(zhuǎn)子變換器的能量輸入由定子提供，降低了并網(wǎng)時的能量損耗。

其中空載并網(wǎng)方式由于具有控制策略簡單，控制效果好，而在實(shí)際機(jī)組中廣泛采用，而負(fù)載并網(wǎng)方式、孤島并網(wǎng)方式以及“電動式”并網(wǎng)方式由于存在控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)目前仍然停留在理論探索階段。

雙饋發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制與功率控制的切換

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制的目的是對發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使建立的DFIG的定子空載電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、和相位保持一致，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時進(jìn)行并網(wǎng)操作，并網(wǎng)成功后進(jìn)行最大風(fēng)能追蹤控制

.并網(wǎng)成功后一方面變槳距系統(tǒng)將槳葉節(jié)距角置于0以獲得最佳風(fēng)能利用系數(shù)，與此同時轉(zhuǎn)子勵磁系統(tǒng)開始進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power pointTracking,MPPT)控制，以捕獲最大風(fēng)能。并網(wǎng)切換前后控制策略有較大差異，如果直接切換，則控制系統(tǒng)重新從零開始調(diào)節(jié)，必然引起轉(zhuǎn)子電壓的突變，從而造成并網(wǎng)瞬間系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，這種振蕩可能短時間內(nèi)使系統(tǒng)輸出有很大的偏差，致使控制量超過系統(tǒng)可能的最大允許范圍，容易造成發(fā)電機(jī)損壞，而這在實(shí)際的并網(wǎng)過程中是十分不利的。為此，要達(dá)到發(fā)電機(jī)順利、安全并網(wǎng)的目的還必須實(shí)現(xiàn)控制策略的無擾切換，使轉(zhuǎn)子輸出電壓平穩(wěn)的過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

雙饋發(fā)電機(jī)的解列控制

基于雙饋電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在風(fēng)速達(dá)到最低啟動風(fēng)速(切入風(fēng)速)后開始進(jìn)行并網(wǎng)控制使空載定子電壓跟隨電網(wǎng)電壓，風(fēng)電機(jī)組平穩(wěn)的并入電網(wǎng)，運(yùn)行發(fā)電。在風(fēng)力機(jī)并入電網(wǎng)后會根據(jù)風(fēng)速大小的不同實(shí)施不同的控制策略，包括MPPT控制、恒轉(zhuǎn)速控制及恒功率控制。當(dāng)高于停機(jī)風(fēng)速(切出風(fēng)速)時，便會將風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)中切出，即解列控制。解列控制的要求是在斷網(wǎng)瞬間定子電流為零。由于在斷網(wǎng)前雙饋電機(jī)實(shí)施恒功率控制，所以在解列控制中一方面要通過變槳距系統(tǒng)將槳葉節(jié)距角刀調(diào)至90，即順槳狀態(tài)，以減少風(fēng)輪吸收的機(jī)械能降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，另一方面通過轉(zhuǎn)子勵磁系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量逐漸減小到零，從而使得雙饋電機(jī)的定子電流逐漸變化到零，最后在零電流狀態(tài)下與電網(wǎng)脫開，完成軟切出過程。oo

第三篇：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

（時間:2007-10-9 23:28:46 共有

來源：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)

當(dāng)平均風(fēng)速高于3m/s時，風(fēng)輪開始逐漸起動；風(fēng)速繼續(xù)升高，當(dāng)v>4m/s時，機(jī)組可自起動直到某一設(shè)定轉(zhuǎn)速，此時發(fā)電機(jī)將按控制程序被自動地聯(lián)入電網(wǎng)。一般總是小發(fā)電機(jī)先并網(wǎng)；當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)升高到7～8m/s，發(fā)電機(jī)將被切換到大發(fā)電機(jī)運(yùn)行。如果平均風(fēng)速處于8～20m/s，則直接從大發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)過程，是通過三相主電路上的三組晶閘管完成的。當(dāng)發(fā)電機(jī)過渡到穩(wěn)定的發(fā)電狀態(tài)后，與晶閘管電路平行的旁路接觸器合上，機(jī)組完成并網(wǎng)過程，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。為了避免產(chǎn)生火花，旁路接觸器的開與關(guān)，都是在晶閘管關(guān)斷前進(jìn)行的。

(一)大小發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序

1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到預(yù)置的切人點(diǎn)，該點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)低于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速。

2)連接在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的開關(guān)元件晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通(這時旁路接觸器處于斷開狀態(tài))，導(dǎo)通角隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，隨著導(dǎo)通角的增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度減小。

3)當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時，晶閘管導(dǎo)通角完全打開，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。

4)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)后，晶閘管導(dǎo)通角繼續(xù)完全導(dǎo)通，但這時絕大部分的電流是通過旁路接觸器輸送給電網(wǎng)的，因?yàn)樗染чl管電路的電阻小得多。

并網(wǎng)過程中，電流一般被限制在大發(fā)電機(jī)額定電流以下，如超出額定電流時間持續(xù)3.0s，可以斷定晶閘管故障，需要安全停機(jī)。由于并網(wǎng)過程是在轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行的，這時轉(zhuǎn)差不大，沖擊電流較小，主要是勵磁涌流的存在，持續(xù)30～40ms。因此無需根據(jù)電流反饋調(diào)整導(dǎo)通角。晶閘管按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°導(dǎo)通角依次變化，可保證起動電流在額定電流以下。晶閘管導(dǎo)通角由0°大到180°完全導(dǎo)通，時間一般不超過6s，否則被認(rèn)為故障。晶閘管完全導(dǎo)通1s后，旁路接觸器吸合，發(fā)出吸合命令1s內(nèi)應(yīng)收到旁路反饋信號，否則旁路投入失敗，正常停機(jī)。在此期間，晶閘管仍然完全導(dǎo)通，收到旁路反饋信號后，停止觸發(fā)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入正常運(yùn)行。

(二)從小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換

為提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用了雙速發(fā)電機(jī)。低風(fēng)速時，小發(fā)電機(jī)工作，高風(fēng)速時，大發(fā)電機(jī)工作。小發(fā)電機(jī)為6極繞組，同步轉(zhuǎn)速為43人次瀏覽）無圖

1000r/min，大發(fā)電機(jī)為4極繞組，同步轉(zhuǎn)速1500r/min小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)切換的控制，一般以平均功率或瞬時功率參數(shù)為預(yù)置切換點(diǎn)。例如NEGMicon 750kW機(jī)組以10min平均功率達(dá)到某一預(yù)置值P1或4min平均功率達(dá)到預(yù)置值P2為切換依據(jù)。采用瞬時功率參數(shù)時，一般以5min內(nèi)測量的功率值全部大于某一預(yù)置值P1，或lmin內(nèi)的功率全部大于預(yù)置P2值作為切換的依據(jù)。

執(zhí)行小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換時，首先斷開小發(fā)電機(jī)接觸器，再斷開旁路接觸器。此時，發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，風(fēng)力將帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，在到達(dá)同步轉(zhuǎn)速1500r/min附近時，再次執(zhí)行大小發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序。

(三)大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換

當(dāng)發(fā)電機(jī)功率持續(xù)10min內(nèi)低于預(yù)置值P3時,或10min內(nèi)平均功率低于預(yù)置值P4時，將執(zhí)行大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換。

首先斷開大發(fā)電機(jī)接觸器，再斷開旁路接觸器。由于發(fā)電機(jī)在此之前仍處于出力狀態(tài)，轉(zhuǎn)速在1500r/min以上，脫網(wǎng)后轉(zhuǎn)速將進(jìn)一步上升。由于存在過速保護(hù)和計算機(jī)超速檢測，因此，應(yīng)迅速投入小發(fā)電機(jī)接觸器，執(zhí)行軟并網(wǎng)，由電網(wǎng)負(fù)荷將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速拖到小發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近。只要轉(zhuǎn)速不超過超速保護(hù)的設(shè)定值，就允許執(zhí)行小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)。

由于風(fēng)力機(jī)是一個巨大的慣性體,當(dāng)它轉(zhuǎn)速降低時要釋放出巨大的能量，這些能量在過渡過程中將全部加在小發(fā)電機(jī)軸上而轉(zhuǎn)換成電能，這就必然使過渡過程延長。為了使切換過程得以安全、順利地進(jìn)行，可以考慮在大發(fā)電機(jī)切出電網(wǎng)的同時釋放葉尖擾流器，使轉(zhuǎn)速下降到小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)預(yù)置點(diǎn)以下，再由液壓系統(tǒng)收回葉尖擾流器。稍后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，重新切人電網(wǎng)。國產(chǎn)FD23—200/40kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組便是采用這種方式進(jìn)行切換的。

NEGMicon750/200kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也是采用這種方式進(jìn)行切換的。

(四)電動機(jī)起動

電動機(jī)起動是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)時，把發(fā)電機(jī)用作電動機(jī)將機(jī)組起動到額定轉(zhuǎn)速并切人電網(wǎng)。電動機(jī)起動目前在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計中不再進(jìn)入自動控制程序。因?yàn)闅鈩有阅芰己玫臉~在風(fēng)速v>4m／s的條件下即可使機(jī)組順利地自起動到額定轉(zhuǎn)速。

電動機(jī)起動一般只在調(diào)試期間無風(fēng)時或某些特殊的情況下，比如氣溫特別低，又未安裝齒輪油加熱器時使用。電動機(jī)起動可使用安裝在機(jī)艙內(nèi)的上位控制器按鈕或是通過主控制器鍵盤的起動按鈕操作，總是作用于小發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)起動瞬間，存在較大的沖擊電流(甚至超過額定電流的10倍)，將持續(xù)一段時間(由靜止至同步轉(zhuǎn)速之前)，因而發(fā)電機(jī)起動時需采用軟起動技術(shù)，根據(jù)電流反饋值，控制起動電流，以減小對電網(wǎng)沖擊和機(jī)組的機(jī)械振動。電動機(jī)起動時間不應(yīng)超出60s，起動電流小于小發(fā)電機(jī)額定電流的3倍

第四篇：并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)控制-經(jīng)典教程-可持續(xù)發(fā)展

隨著計算機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)電領(lǐng)域，并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)得到了較快發(fā)展，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發(fā)展，甚至向智能型控制發(fā)展。作為風(fēng)力資源較為豐富的國家之一，我國加快了風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的自主開發(fā)與研究，兆瓦級變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國產(chǎn)化已列入國家“863”科技攻關(guān)頂目。本文針對當(dāng)前并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的幾種功率凋節(jié)控制技術(shù)進(jìn)行了介紹。

l 定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

定槳距是指槳葉與輪載的連接是固定的，槳距角固定不變，即當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速69，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，來限制發(fā)電機(jī)的功率輸出。為了提高風(fēng)電機(jī)組在低風(fēng)速時的效率，通常采用雙速發(fā)電機(jī)（即大/小發(fā)電機(jī)）。在低風(fēng)速段運(yùn)行的，采用小電機(jī)使槳葉具有較高的氣動效率，提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點(diǎn)是失速調(diào)節(jié)簡單可靠，當(dāng)風(fēng)速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調(diào)節(jié)而控制系統(tǒng)不作任何控制，使控制系統(tǒng)大為減化。變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

變槳距是指安裝在輪載上的葉片通過控制改變其槳距角的大小。其調(diào)節(jié)方法為：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到運(yùn)行條件時，控制系統(tǒng)命令調(diào)節(jié)槳距角調(diào)到45”，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時，再調(diào)節(jié)到0“，直到風(fēng)力機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；在運(yùn)行過程中，當(dāng)輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié)；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。隨著風(fēng)電控制技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)輸出功率小于額定功率狀態(tài)時，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用OptitiP技術(shù)，即根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，使其盡量運(yùn)行在最佳葉尖速比，優(yōu)化輸出功率。變槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是槳葉受力較小，槳葉做的較為輕巧。槳距角可以隨風(fēng)速的大小而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，因而能夠盡可能多的吸收風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，同時在高風(fēng)速段保持功率平穩(wěn)輸出。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故障率相對較高。主動失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

將定槳距失速調(diào)節(jié)型與變槳距調(diào)節(jié)型兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相結(jié)合，充分吸取了被動失速和槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，槳葉采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)。在低風(fēng)速肘，將槳葉節(jié)距調(diào)節(jié)到可獲取最大功率位置，槳距角調(diào)整優(yōu)化機(jī)組功率的輸出；當(dāng)風(fēng)力機(jī)發(fā)出的功率超過額定功率后，槳葉節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值以下，限制機(jī)組最大功率輸出，隨著風(fēng)速的不斷變化，槳葉僅需要微調(diào)維持失速狀態(tài)。制動剎車時，調(diào)節(jié)槳葉相當(dāng)于氣動剎車，很大程度上減少了機(jī)械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊。主動失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點(diǎn)是其言了定獎距失速型的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行變槳距調(diào)節(jié)，提高了機(jī)同頻率后并入電網(wǎng)。機(jī)組在葉片設(shè)計上采用了變槳距結(jié)構(gòu)。其調(diào)節(jié)方法是：在起動階段，通過調(diào)節(jié)變槳距系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在同步轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳并網(wǎng)時機(jī)然后平穩(wěn)并網(wǎng)；在額定風(fēng)速以下時，主要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反力轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，保持最佳葉尖速比以獲得最大風(fēng)能；在額定風(fēng)速以上時，采用變速與槳葉節(jié)距雙重調(diào)節(jié)，通過變槳距系統(tǒng)調(diào)節(jié)限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，保證發(fā)電機(jī)功率輸出的穩(wěn)定性，獲取良好的動態(tài)特性；而變速調(diào)節(jié)主要用來響應(yīng)快速變化的風(fēng)速，減輕槳距調(diào)節(jié)的頻繁動作，提高傳動系統(tǒng)的柔性。變速恒頻這種調(diào)節(jié)方式是目前公認(rèn)的最優(yōu)化調(diào)節(jié)方式，也是未來風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的主要方向。變速恒頻的優(yōu)點(diǎn)是大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)

運(yùn)行轉(zhuǎn)速，來適應(yīng)因風(fēng)速變化而引起的風(fēng)力機(jī)功率的變化，可以最大限度的吸收風(fēng)能，因而效率較高；控制系統(tǒng)采取的控制手段可以較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率、無功功率，但控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

第五篇：變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究

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變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究 作者：張鳳 張曉紅 盧業(yè)蕙

來源：《科技創(chuàng)新導(dǎo)報》2012年第35期

摘 要：該文分析了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域，并針對高低風(fēng)速區(qū)采取不同的控制策略，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速區(qū)最大風(fēng)能追蹤和高風(fēng)速區(qū)的額定功率保持。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 變速恒頻 控制策略

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-0

1在當(dāng)今新能源技術(shù)開發(fā)中，風(fēng)電成為最成熟、最具開發(fā)利用的發(fā)電技術(shù)。風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電系統(tǒng)的重要裝置，直接影響輸出電能的質(zhì)量和效率，因此選取合適的控制策略是保證系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)通過齒輪箱與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，發(fā)電機(jī)定子直接連接到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過變頻器并網(wǎng)?！半p饋”是指發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子同時向電網(wǎng)饋電。

根據(jù)不同的風(fēng)速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有五個運(yùn)行區(qū)域，如圖1所示，每個運(yùn)行區(qū)域機(jī)組的輸出功率不同。

圖1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域

其中，A為并網(wǎng)區(qū)；B為最大風(fēng)能追蹤（MPPT）區(qū)域；C為過渡區(qū)；D為功率限制區(qū)。E為切出停機(jī)區(qū)。

由于風(fēng)速的不斷變化，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在不同的運(yùn)行區(qū)域。通常將發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行策略確定為：低風(fēng)速區(qū)域，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的追蹤或使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速最大。高風(fēng)速區(qū)域，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組保持額定功率輸出。低風(fēng)速區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略

（1）矢量控制雙饋發(fā)電機(jī)組矢量控制的目標(biāo)是對發(fā)電機(jī)中復(fù)雜變量間的關(guān)系解耦，使實(shí)現(xiàn)控制變得簡單?；陔p饋發(fā)電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型利用基于定子磁鏈定向的矢量控制實(shí)現(xiàn)有功功率P和無功功率Q的解耦控制，再分別對其施行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)的變速恒頻運(yùn)行和最大風(fēng)能捕獲[1]。

（2）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）直接轉(zhuǎn)矩控制是通過對感應(yīng)發(fā)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩做滯環(huán)比較，再適當(dāng)選擇逆變器的開關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速的控制。

直接轉(zhuǎn)矩控制的磁鏈軌跡有兩種形式，一種正六邊形，六條邊對應(yīng)于六個電壓矢量，通過切換逆變器的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對磁鏈軌跡的控制[2]；另一種圓形，通過實(shí)時計算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈的誤差，結(jié)合定子磁鏈的空間位置選擇相應(yīng)的開關(guān)矢量。

（3）滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是利用其高速開關(guān)特性將系統(tǒng)的相軌跡引導(dǎo)到一個設(shè)計好的曲面上，使系統(tǒng)的狀態(tài)變量在設(shè)計好的的曲面上做滑模運(yùn)動。雙饋感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)以功率相對誤差作為切平面，實(shí)現(xiàn)誤差跟蹤和風(fēng)能最大捕獲[3]；以力矩為控制信號，解決滑動模切換抖動的問題。高風(fēng)速區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入功率限制區(qū)。變槳距控制技術(shù)是指通過調(diào)節(jié)槳葉的節(jié)距角，改變氣流對槳葉的攻角，進(jìn)而控制風(fēng)輪捕獲的轉(zhuǎn)矩或者功率，在高風(fēng)速區(qū)域通過對槳葉節(jié)距角的調(diào)整，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率保持

恒定。

（1）模糊PID控制。模糊PID控制在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的應(yīng)用是將控制規(guī)則利用模糊集表示成規(guī)則庫存入到計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)實(shí)際響應(yīng)狀況進(jìn)行模糊推理，實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的最優(yōu)調(diào)整，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。給定信號為發(fā)電機(jī)的限制功率或轉(zhuǎn)速，反饋信號與給定信號比較，對誤差和誤差的變化率進(jìn)行模糊推理，對PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后發(fā)出槳葉節(jié)距角信號，控制節(jié)距角增大或減小[4]。

（2）H∞魯棒控制。H∞魯棒控制是指在Hardy空間中通過一些性能指標(biāo)的無窮范數(shù)將被控系統(tǒng)的設(shè)計問題轉(zhuǎn)變?yōu)镠∞范數(shù)最小化的問題。在風(fēng)速和風(fēng)向不斷變化的情況下，利用魯棒控制器設(shè)計的轉(zhuǎn)速控制器使發(fā)電機(jī)在設(shè)定好的風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在低風(fēng)速區(qū)的最大風(fēng)能追蹤和高風(fēng)速區(qū)的保持額定功率控制[5]。結(jié)語

該文針對不同運(yùn)行區(qū)域的控制目標(biāo)，分析了風(fēng)力機(jī)特性，研究了實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤的控制策略，通過調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，保持最佳葉尖速比，追蹤最佳功率曲線。在高風(fēng)速區(qū)域，對發(fā)電機(jī)組的變槳距控制技術(shù)進(jìn)行研究，并對各控制方式進(jìn)行分析總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

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