【正文】 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的研究近年，雙饋電機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ｋ娋W(wǎng)發(fā)生突然跌落時，發(fā)電機將產(chǎn)生較高的瞬時電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率，可能造成發(fā)電機系統(tǒng)的機械損壞或熱損壞，所以三相電網(wǎng)電壓突然跌落時的系統(tǒng)持續(xù)運行控制策略的研究是目前研究焦點問題之一。其主要要求是限制發(fā)電機在并網(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)電機的安全性。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)電機組的正常運行。自同期方式則是將沒有被勵磁的發(fā)電機在達到額定轉(zhuǎn)速時并入電網(wǎng)，隨即給發(fā)電機加上勵磁，接著轉(zhuǎn)子被拉入同步。但異步發(fā)電機的并網(wǎng)也存在一些問題。而電網(wǎng)電壓的較大幅度下降；則可能會使低壓保護動作，從而導(dǎo)致異步發(fā)電機根本不能并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式比同步發(fā)電機的準同步并網(wǎng)簡單，但并網(wǎng)瞬間存在三相短路現(xiàn)象，并網(wǎng)沖擊電流達到4～5倍額定電流，會引起電力系統(tǒng)電壓的瞬時下降。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，不僅要增加機組的造價，而且從整步達到準同步并網(wǎng)所花費的時間很長，這是我們所不希望的。顯然這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟性較差。圖(29)示出軟并網(wǎng)裝置的原理。由于風(fēng)速變化的隨機性，在達到額定功率前，發(fā)電機的輸出功率大小是隨機變化的，因此對補償電容的投入與切除也需要進行控制，一般是在控制系統(tǒng)中設(shè)有幾組容量不同的補償電容，根據(jù)輸出無功功率的變化，控制補償電容的分段投入或切除。適合交流勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)技術(shù)目前，適合交流勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)方式主要是基于定子磁鏈定向矢量控制的準同期并網(wǎng)控制技術(shù)，包括空載并網(wǎng)方式，獨立負載并網(wǎng)方式，以及孤島并網(wǎng)方式。當滿足并網(wǎng)條件時進行并網(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。負載并網(wǎng)方式發(fā)電機具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，可與風(fēng)力機配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對風(fēng)力機調(diào)速能力的要求，但控制較為復(fù)雜。當風(fēng)機轉(zhuǎn)速達到一定轉(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。首先將Kl斷開，然后啟動網(wǎng)側(cè)變流器，使之開始升壓運行，將直流側(cè)升壓到所需值。此時閉合開關(guān)K2，電機與電網(wǎng)之間可以實現(xiàn)無沖擊并網(wǎng)。在電網(wǎng)電壓作用下雙饋電機將以感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子串電阻方式逐漸起動。最后在成功投入勵磁后，調(diào)節(jié)勵磁使雙饋發(fā)電機迅速進入定子功率或轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)，完成機組起動過程。前一種作用實現(xiàn)了發(fā)電機能量的粗調(diào)，后一種實現(xiàn)了發(fā)電機能量的細調(diào)。其中空載并網(wǎng)方式由于具有控制策略簡單，控制效果好，而在實際機組中廣泛采用，而負載并網(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)定性差等缺點目前仍然停留在理論探索階段。雙饋發(fā)電機的解列控制基于雙饋電機的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在風(fēng)速達到最低啟動風(fēng)速(切入風(fēng)速)后開始進行并網(wǎng)控制使空載定子電壓跟隨電網(wǎng)電壓，風(fēng)電機組平穩(wěn)的并入電網(wǎng)，運行發(fā)電。由于在斷網(wǎng)前雙饋電機實施恒功率控制，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。當高于停機風(fēng)速(切出風(fēng)速)時，便會將風(fēng)機從電網(wǎng)中切出，即解列控制。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)電機損壞，而這在實際的并網(wǎng)過程中是十分不利的。獨立負載并網(wǎng)方式，發(fā)電機具有一定的能量調(diào)節(jié)作用，可與原動機配合實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對原動機調(diào)速能力的要求，但控制復(fù)雜，需要進行電壓補償和檢測更多的電壓、電流量。空載并網(wǎng)方式并網(wǎng)前發(fā)電機不帶負載，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)電機的能量失衡而引起的轉(zhuǎn)速失控，應(yīng)由原動機來控制發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速。當雙饋感應(yīng)發(fā)電機轉(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。(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)電機組的準同期并網(wǎng)方式，對于垂直軸型的雙饋機組(又稱達里厄型風(fēng)力機)由于不具備自啟動能力，風(fēng)力發(fā)電機組在靜止狀態(tài)下的起動可由雙饋電機運行于電動機工況來實現(xiàn)。第三階段為并網(wǎng)階段。此時，控制雙饋電機定子側(cè)電壓逐漸上升，直至輸出電壓達到額定值，勵磁階段結(jié)束。第一階段為勵磁階段，見圖(212)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)。（2)獨立負載并網(wǎng)技術(shù)獨立負載并網(wǎng)技術(shù)的基本思路為:并網(wǎng)前雙饋電機帶負載運行(如電阻性負載)，根據(jù)電網(wǎng)信息和定子電壓、電流對雙饋電機和負載的值進行控制，在滿足并網(wǎng)條件時進行并網(wǎng)。下面對各種并網(wǎng)方式的實現(xiàn)原理分別給予了簡要介紹。目前，采用晶閘管軟切入裝置((SOFT CUTIN)已成為大型異步風(fēng)力發(fā)電機組中不可缺少的組成部分，用于限制發(fā)電機并網(wǎng)以及大小電機切換時的瞬態(tài)沖擊電流，以免對電網(wǎng)造成過大的沖擊。具體的并網(wǎng)過程是:當風(fēng)力發(fā)電機組接收到由控制系統(tǒng)微處理機發(fā)出的啟動命令后，先檢查發(fā)電機的相序與電網(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)電機組開始啟動；當發(fā)電機轉(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，動合觸點未閉合，異步發(fā)電機即通過晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)，隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速的繼續(xù)升高，電機的轉(zhuǎn)差率趨于零，當轉(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)。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29所示。(3)降壓并網(wǎng)方式降壓并網(wǎng)是在異步發(fā)電機和電網(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。(2)準同期并網(wǎng)方式與同步發(fā)電機準同步并網(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)電機電壓和頻率進行調(diào)節(jié)和校正，使其與系統(tǒng)同步。目前，國內(nèi)外采用異步發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)方式主要有以下幾種。隨著風(fēng)力發(fā)電機組電機容量的不斷增大，這種沖擊電流對發(fā)電機自身部件的安全以及對電網(wǎng)的影響也愈加嚴重。因此，現(xiàn)在發(fā)電機的主要并網(wǎng)方式為準同期方式，它能控制發(fā)電機快速滿足準同期條件，從而實現(xiàn)準確、安全并網(wǎng)。目前，實現(xiàn)發(fā)電機并網(wǎng)的方式主要有兩種，一種被稱為準同期方式，另一種被稱為自同期方式。但風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量越來越大，目前己經(jīng)發(fā)展到兆瓦級水平，機組并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊已經(jīng)不能忽視。在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，經(jīng)常需要把風(fēng)力發(fā)電機組接入電力系統(tǒng)并列運行。如果采用無傳感器控就可以使發(fā)電機和逆變器之間連線消除，降低了系統(tǒng)成本，增強了控制系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。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。(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，而且易于控制策略的實現(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。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媲美。要想運行維護好風(fēng)力發(fā)電機組，在平時還要對風(fēng)機相關(guān)理論知識進行深入地研究和學(xué)習(xí)，認真做好各種維護記錄并存檔，對庫存的備件進行定時清點，對各類風(fēng)機的多發(fā)性故障進行深入細致分析，并力求對其做出有效預(yù)防。首先要仔細觀察風(fēng)機內(nèi)的安全平臺和梯子是否牢固，有無連接螺栓松動，控制柜內(nèi)有無糊味，電纜線有無位移，夾板是否松動，扭纜傳