【正文】 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的研究近年，雙饋電機(jī)的無(wú)位置以及無(wú)速度傳感器控制成了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的一個(gè)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)?lái)了一些不便。電網(wǎng)發(fā)生突然跌落時(shí)，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生較高的瞬時(shí)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(shí)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(wèn)題之一。其主要要求是限制發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)時(shí)的瞬變電流，避免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的沖擊，并網(wǎng)過(guò)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。而且，長(zhǎng)時(shí)間的并網(wǎng)沖擊，甚至還會(huì)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。自同期方式則是將沒(méi)有被勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)并入電網(wǎng)，隨即給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，接著轉(zhuǎn)子被拉入同步。但異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)也存在一些問(wèn)題。而電網(wǎng)電壓的較大幅度下降；則可能會(huì)使低壓保護(hù)動(dòng)作，從而導(dǎo)致異步發(fā)電機(jī)根本不能并網(wǎng)。這種并網(wǎng)方式比同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并網(wǎng)簡(jiǎn)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(huì)引起電力系統(tǒng)電壓的瞬時(shí)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(jī)組的造價(jià)，而且從整步達(dá)到準(zhǔn)同步并網(wǎng)所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)，這是我們所不希望的。顯然這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟(jì)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(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(wú)功功率的變化，控制補(bǔ)償電容的分段投入或切除。適合交流勵(lì)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(lì)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。當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時(shí)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。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(duì)風(fēng)力機(jī)調(diào)速能力的要求，但控制較為復(fù)雜。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(guò)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(kāi)，然后啟動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器，使之開(kāi)始升壓運(yùn)行，將直流側(cè)升壓到所需值。此時(shí)閉合開(kāi)關(guān)K2，電機(jī)與電網(wǎng)之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊并網(wǎng)。在電網(wǎng)電壓作用下雙饋電機(jī)將以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻方式逐漸起動(dòng)。最后在成功投入勵(lì)磁后，調(diào)節(jié)勵(lì)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(dòng)過(guò)程。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)。其中空載并網(wǎng)方式由于具有控制策略簡(jiǎn)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(dòng)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)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(dòng)風(fēng)速(切入風(fēng)速)后開(kāi)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。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(guò)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(guò)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)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(kāi)，完成軟切出過(guò)程。當(dāng)高于停機(jī)風(fēng)速(切出風(fēng)速)時(shí)，便會(huì)將風(fēng)機(jī)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(kāi)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(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)輸出有很大的偏差，致使控制量超過(guò)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(guò)程中是十分不利的。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(dòng)機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，降低了對(duì)原動(dòng)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(cè)更多的電壓、電流量?？蛰d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(dòng)機(jī)來(lái)控制發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。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(shí)，轉(zhuǎn)子電流將下降到零。(4)“由動(dòng)式”并網(wǎng)方式前面介紹的幾種并網(wǎng)方式都是針對(duì)具有自起動(dòng)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(duì)于垂直軸型的雙饋機(jī)組(又稱(chēng)達(dá)里厄型風(fēng)力機(jī))由于不具備自啟動(dòng)能力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)下的起動(dòng)可由雙饋電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)工況來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三階段為并網(wǎng)階段。此時(shí)，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(lì)磁階段結(jié)束。第一階段為勵(lì)磁階段，見(jiàn)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(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(duì)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(shí)進(jìn)行并網(wǎng)。下面對(duì)各種并網(wǎng)方式的實(shí)現(xiàn)原理分別給予了簡(jiǎn)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(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(shí)的瞬態(tài)沖擊電流，以免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的沖擊。具體的并網(wǎng)過(guò)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(dòng)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(kāi)始啟動(dòng)；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)(約為99 %100%同步轉(zhuǎn)速)，雙向晶閘管的控制角同時(shí)由180度到0度逐漸同步打開(kāi)，與此同時(shí)，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則同時(shí)由0度到180度逐漸增大，此時(shí)并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)K2未動(dòng)作，動(dòng)合觸點(diǎn)未閉合，異步發(fā)電機(jī)即通過(guò)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(shí)，雙向晶閘管已全部導(dǎo)通，并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)K2動(dòng)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(guò)已閉合的自動(dòng)開(kāi)關(guān)K2流入電網(wǎng)。雙向晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)K2的動(dòng)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(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。(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(shí)，先用電容勵(lì)磁，建立額定電壓，然后對(duì)已勵(lì)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。目前，國(guó)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。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(duì)發(fā)電機(jī)自身部件的安全以及對(duì)電網(wǎng)的影響也愈加嚴(yán)重。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)。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(chēng)為準(zhǔn)同期方式，另一種被稱(chēng)為自同期方式。但風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，目前己經(jīng)發(fā)展到兆瓦級(jí)水平，機(jī)組并網(wǎng)對(duì)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(yùn)行過(guò)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。如果采用無(wú)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。除了上面提到的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)勵(lì)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(gè)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(diǎn)，而且易于控制策略的實(shí)現(xiàn)和功率雙向流動(dòng)，非常適用于變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的勵(lì)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(jī)媲美。要想運(yùn)行維護(hù)好風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在平時(shí)還要對(duì)風(fēng)機(jī)相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行深入地研究和學(xué)習(xí)，認(rèn)真做好各種維護(hù)記錄并存檔，對(duì)庫(kù)存的備件進(jìn)行定時(shí)清點(diǎn)，對(duì)各類(lèi)風(fēng)機(jī)的多發(fā)性故障進(jìn)行深入細(xì)致分析，并力求對(duì)其做出有效預(yù)防。首先要仔細(xì)觀察風(fēng)機(jī)內(nèi)的安全平臺(tái)和梯子是否牢固，有無(wú)連接螺栓松動(dòng)，控制柜內(nèi)有無(wú)糊味，電纜線有無(wú)位移，夾板是否松動(dòng)，扭纜傳