核心提示：　?。▏?guó)家電力公司熱工研宄院自動(dòng)化所，西安710032）徐甫榮輪周速比M槳葉尖速度與風(fēng)速之比）下達(dá)到最大值?！　『闼俸泐l機(jī)組的風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速保持不變，而風(fēng)速又經(jīng)常在變化，顯然Cp不可能保持在最佳值。變速恒頻

　?。▏?guó)家電力公司熱工研宄院自動(dòng)化所，西安710032）徐甫榮輪周速比M槳葉尖速度與風(fēng)速之比）下達(dá)到最大值。

　　恒速恒頻機(jī)組的風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)速保持不變，而風(fēng)速又經(jīng)常在變化，顯然Cp不可能保持在最佳值。變速恒頻機(jī)組的特點(diǎn)是風(fēng)車(chē)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。由于風(fēng)車(chē)的轉(zhuǎn)速可變，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂疲癸L(fēng)車(chē)的周速比處于或接近最佳值，從而最大限度地利用風(fēng)能發(fā)電。

　　2.3恒速恒頻機(jī)組的特點(diǎn)目前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用最多的異步發(fā)電機(jī)屬于恒速恒頻發(fā)電機(jī)組。為了適應(yīng)大小風(fēng)速的要求，一般采用兩臺(tái)不同容量、不同極數(shù)的異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)速低時(shí)用小容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)速高時(shí)則用大容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)一般通過(guò)變槳距系統(tǒng)改變槳葉的攻角以調(diào)整輸出功率。但這也只能使異步發(fā)電機(jī)在兩個(gè)風(fēng)速下具有較佳的輸出系數(shù)，無(wú)法有效地利用不同風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能。

　　2.4變速恒頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可用于風(fēng)力發(fā)電的變速恒頻系統(tǒng)有多種：如交-直-交變頻系統(tǒng)、交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、無(wú)刷雙饋電機(jī)系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和同步異步變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等。這種變速恒頻系統(tǒng)有的是通過(guò)改造發(fā)電機(jī)本身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變速恒頻的，有的是發(fā)電機(jī)與電力電子裝置、微機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)變速恒頻的。它們各具特點(diǎn)，適用場(chǎng)合也不同。

　　3恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組的控制3.1風(fēng)電機(jī)組的軟啟動(dòng)并網(wǎng)在風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)速的變化情況進(jìn)行不間斷的檢測(cè)，當(dāng)10分鐘平均風(fēng)速大于起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，控制風(fēng)電機(jī)組作好切入電網(wǎng)的一切準(zhǔn)備工作：松開(kāi)機(jī)械剎車(chē)，收回葉尖阻尼板，風(fēng)輪處于迎風(fēng)方向。

　　控制系統(tǒng)不間斷地檢測(cè)各傳感器信號(hào)是否正常，如液壓系統(tǒng)壓力是否正常，風(fēng)向是否偏離，電網(wǎng)參數(shù)是否正常等。如10分鐘平均風(fēng)速仍大于起動(dòng)風(fēng)速，則檢測(cè)風(fēng)輪是否己開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并開(kāi)啟晶閘管限流軟起動(dòng)裝中國(guó)自動(dòng)化黃頁(yè)》業(yè)內(nèi)首部公益性大型工具書(shū)，認(rèn)刊贈(zèng)書(shū)、誠(chéng)邀廣告加盟！自動(dòng)化博覽置快速起動(dòng)風(fēng)輪機(jī)，并對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行控制，使其不超過(guò)最大限定值。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電流驟然下降，控制器發(fā)出指令，將晶閘管旁路。

　　異步風(fēng)電機(jī)組也可在起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速低于同步速時(shí)不并網(wǎng)，而當(dāng)接近或達(dá)到同步速時(shí)再切入電網(wǎng)，既可避免沖擊電流，也可省掉晶閘管限流軟啟動(dòng)器。

　　3.2大小發(fā)電機(jī)的切換控制在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，因風(fēng)速的變化而引起發(fā)電機(jī)的輸出功率發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的變化對(duì)大小發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)切換，從而提高風(fēng)電機(jī)組的效率。具體控制方法為：小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換在小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電期間，控制系統(tǒng)對(duì)其輸出功率進(jìn)行檢測(cè)，若1秒內(nèi)瞬時(shí)功率超過(guò)小發(fā)電機(jī)額定功率的20%或2分鐘內(nèi)的平均功率大于某一定值時(shí)，則實(shí)現(xiàn)小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換。

　　大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換檢測(cè)大發(fā)電機(jī)的輸出功率，若2分鐘內(nèi)平均功率小于某一設(shè)定值（此值應(yīng)小于小發(fā)電機(jī)的額定功率）時(shí)或50秒內(nèi)瞬時(shí)功率小于另一更小的設(shè)定值時(shí)，立即切換到小發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

　　3.3變槳距控制方式及其改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以后，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速的變化，通過(guò)槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變槳葉攻角以調(diào)整輸出電功率，以便更有效地利用風(fēng)能。在額定風(fēng)速以下時(shí)，此時(shí)葉片攻角在零度附近，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的輸出功率隨風(fēng)速的變化而變化。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速以上時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片的攻角，保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許的范圍內(nèi)。

　　為了減小變槳距調(diào)節(jié)方式對(duì)電網(wǎng)的不良影響，可采用一種新的功率輔助調(diào)節(jié)方式，即轉(zhuǎn)子電流控制（RotorCurrentControl，RCC）方式來(lái)配合變槳距機(jī)構(gòu)，共同完成發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)節(jié)。RCC控制必須使用在線繞式異步發(fā)電機(jī)上，通過(guò)電力電子裝置，控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，使普通異步發(fā)電機(jī)成為可變滑差發(fā)電機(jī)。RCC控制是一種快速電氣控制方式，用于克服風(fēng)速的快速變化。

　　3.4無(wú)功補(bǔ)償控制由于異步發(fā)電機(jī)要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，使風(fēng)電機(jī)組的功率因數(shù)降低，而并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般要求其功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，所以必須用電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。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(duì)補(bǔ)償電容的投入與切除需要進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)中設(shè)有四組容量不同的補(bǔ)償電容，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸出無(wú)功功率的變化，控制補(bǔ)償電容器分段投入或切除，保證在半功率點(diǎn)的功率因數(shù)達(dá)到0.99以上。

　　3.5偏航與自動(dòng)解纜控制偏航控制系統(tǒng)有3個(gè)主要功能：正常運(yùn)療時(shí)自動(dòng)對(duì)K當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開(kāi)始對(duì)風(fēng)，當(dāng)達(dá)到允許的誤差范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)停止。

　　繞纜時(shí)自動(dòng)解纜當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)2.3圈后，若此時(shí)風(fēng)速小于風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)速且無(wú)功率輸出，則停機(jī)，控制系統(tǒng)使機(jī)艙反方向旋轉(zhuǎn)2.3圈解繞；若此時(shí)機(jī)組有功率輸出，則暫不自動(dòng)解繞；若機(jī)艙繼續(xù)向同一方向偏轉(zhuǎn)累計(jì)達(dá)3圈時(shí)，則控制停機(jī)，解繞；若因故障自動(dòng)解繞未成功，在扭纜達(dá)4圈時(shí)，扭纜機(jī)械開(kāi)關(guān)將動(dòng)作，此時(shí)報(bào)告扭纜故障，自動(dòng)停機(jī)，等待人工解纜操作。

　　失速保護(hù)時(shí)偏離風(fēng)向當(dāng)有特大強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時(shí)，停機(jī)并釋放葉尖阻尼板，槳距調(diào)到最大，偏航90背風(fēng)，以保護(hù)風(fēng)輪免受損壞。

　　3.6停車(chē)控制停機(jī)過(guò)程分為正常停機(jī)和緊急停機(jī)。

　　當(dāng)控制器發(fā)出正常停機(jī)指令后，風(fēng)電機(jī)組將按下列程序停機(jī)：①切除補(bǔ)償電容器；②釋放葉尖阻尼板；③發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)；④測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定值后，投入機(jī)械剎車(chē)；⑤若出現(xiàn)剎車(chē)故障則收槳，機(jī)艙偏航90背風(fēng)。

　　當(dāng)出現(xiàn)緊急停機(jī)故障時(shí)，執(zhí)行如下停機(jī)操作：首先切除補(bǔ)償電容器，葉尖阻尼板動(dòng)作，延時(shí)0.3秒后卡鉗閘動(dòng)作。檢測(cè)瞬時(shí)功率為負(fù)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于同步速時(shí)，發(fā)電機(jī)解列（脫網(wǎng)），若制動(dòng)時(shí)間超過(guò)20s，轉(zhuǎn)速仍未降到某設(shè)定值，則收槳，機(jī)艙偏航90*背風(fēng)。

　　4變速恒頻發(fā)電機(jī)組的控制4.1同步發(fā)電機(jī)交-直-交系統(tǒng)的控制這種類(lèi)型的風(fēng)電機(jī)組采用同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能的頻率、電壓、電功率都是隨著風(fēng)速的變化而變化的，這樣有利于最大限度地利用風(fēng)能資源，而恒頻恒壓并網(wǎng)的任務(wù)則由交-直-交系統(tǒng)完成。

　　風(fēng)輪機(jī)的起動(dòng)、控制及保護(hù)功能基本上與恒速恒頻機(jī)組相似，所不同的是這類(lèi)機(jī)組一般采用定槳距風(fēng)自動(dòng)化博覽《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文集》2002年5月隆重出版丨集現(xiàn)場(chǎng)總線精粹，論業(yè)界關(guān)注熱點(diǎn)！21輪，因此省去了變槳距控制機(jī)構(gòu)。

　　發(fā)電機(jī)的輸出功率由勵(lì)磁來(lái)控制。當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，以固定勵(lì)磁運(yùn)行，當(dāng)輸出功率超過(guò)額定功率時(shí)，則通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許的安全范圍內(nèi)運(yùn)行。勵(lì)磁的調(diào)整是由控制器調(diào)整勵(lì)磁系統(tǒng)晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　頻率和電壓的交流電整流成直流電，再通過(guò)微機(jī)控制電力電子器件，將直流電再逆變成某種頻率和電壓的交流電的變頻方式。其基本原理如所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，經(jīng)二極管三相全橋整流成直流電后，再由六只絕緣柵雙極型電力晶體管（IGBT），在控制和驅(qū)動(dòng)電路的控制下，逆變成三相交流電并入電網(wǎng)。逆變器的控制一般采用SPWM*VWF方式，即正弦波脈寬調(diào)制式變壓變頻方式。采用交-直-交系統(tǒng)的變頻裝置的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120%以上。

　　4.2雙饋發(fā)電機(jī)的控制目前的風(fēng)電機(jī)組多采用恒速恒頻系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)多采用同步電機(jī)或異步感應(yīng)電機(jī)。在風(fēng)電機(jī)組向恒頻電網(wǎng)送電時(shí)，不需要調(diào)速，因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率將強(qiáng)迫控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。在這種情況下，風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下維持或近似維持同一轉(zhuǎn)速。效率下降，被迫降低出力，甚至停機(jī)，這顯然是不可取的。與之不同的是，無(wú)論處于亞同步速或超同步速的雙饋發(fā)電機(jī)都可以在不同的風(fēng)速下運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化做相應(yīng)的調(diào)整，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行始終處于最佳狀態(tài)，機(jī)組效率提高。

　　同時(shí)，定子輸出功率的電壓和頻率卻可以維持不變，既可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于繞線式感應(yīng)電機(jī)，定子繞組也由具有固定頻率的對(duì)稱(chēng)三相電源激勵(lì)，所不同的是轉(zhuǎn)子繞組具有可調(diào)節(jié)頻率的三相電源激勵(lì)，一般采用交-交變頻器或交-直-交變頻器供以低頻電流。與同步電機(jī)相比，雙饋電機(jī)勵(lì)磁可調(diào)量有三個(gè)：一是與同步電機(jī)一樣，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值；二是可以改變勵(lì)磁電流的頻率；三是可以改變勵(lì)磁電流的相位。

　　通過(guò)改變勵(lì)磁頻率，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這樣在負(fù)荷突然變化時(shí)，迅速改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，充分利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，釋放和吸收負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)遠(yuǎn)比常規(guī)電機(jī)小。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值和相位，來(lái)調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率。而同步電機(jī)的可調(diào)量只有一個(gè)，即勵(lì)磁電流的幅值，所以調(diào)節(jié)同步電機(jī)的勵(lì)磁一般只能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。而雙饋電機(jī)的勵(lì)磁除了可以調(diào)節(jié)電流幅值外，還可以調(diào)節(jié)其相位，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流的相位改變時(shí)，由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙空間的位置就產(chǎn)生一個(gè)位移，改變了雙饋電機(jī)電勢(shì)與電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置，也就改變了電機(jī)的功率角。所以雙饋電機(jī)不僅可調(diào)節(jié)無(wú)功功率，也可調(diào)節(jié)有功功率。

　?。?）風(fēng)力發(fā)電中雙饋電機(jī)的控制風(fēng)力發(fā)電雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)框圖在風(fēng)力發(fā)電中，由于風(fēng)速變幻莫測(cè)，利用起來(lái)存在一定的困難。所以改善風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率，充分利用風(fēng)能資源，有著十分重要的意義。通過(guò)變頻器控制器對(duì)逆變電路中功率器件的控制，可以改變雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值、頻率及相位角，達(dá)到調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速、有功功率和無(wú)功功率的目的，既提高了機(jī)組的效率，又對(duì)電網(wǎng)起到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的作用。是按這種控制思路設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)框圖。

　　整個(gè)控制系統(tǒng)可分為：轉(zhuǎn)速調(diào)整單元、有功功率調(diào)整單元和電壓調(diào)整單元（無(wú)功功率調(diào)整）。它們分別接受風(fēng)速和轉(zhuǎn)速、有功功率、無(wú)功功率指令，并產(chǎn)生一個(gè)綜合信號(hào)，送給勵(lì)磁控制裝置，改變勵(lì)磁電流的幅值、頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機(jī)既可調(diào)節(jié)有功功率，又可調(diào)節(jié)無(wú)功功率，有風(fēng)時(shí)，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；無(wú)風(fēng)時(shí)，也可作抑制電網(wǎng)頻率和電壓波動(dòng)的補(bǔ)償裝置。

　　22《中國(guó)自動(dòng)化黃頁(yè)》業(yè)內(nèi)首部公益性大型工具書(shū)，認(rèn)刊贈(zèng)書(shū)、誠(chéng)邀廣告加盟！自動(dòng)化博覽雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用前景廣闊綜上所述，將雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中，可以解決風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)、機(jī)組效率低等問(wèn)題。同時(shí)，由于雙饋電機(jī)對(duì)無(wú)功功率、有功功率均可調(diào)，對(duì)電網(wǎng)可起到穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的作用，提高了發(fā)電質(zhì)量。與同步機(jī)交-直-交系統(tǒng)相比，它還具有變頻裝置容量?。ㄒ话銥榘l(fā)電機(jī)額定容量的10%20%）、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，更適合于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用。

　　將雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的設(shè)想，不僅在理論上成立，在技術(shù)上也是可行的。與現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性，還是可靠性來(lái)看，都具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，有利于風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，其發(fā)展前景十分廣闊。

　　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)己日趨成熟，在可再生的綠色能源的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中占有突出的地位，具有重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。尤其是在偏遠(yuǎn)的山區(qū)、牧區(qū)和海島等地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電可為當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈蜕a(chǎn)提供潔凈的能源，緩解能源供應(yīng)緊張的局面，值得大力推廣。