【正文】 有影響；同時(shí)由于頻率變換裝置采用靜態(tài)自勵(lì)式逆變器，雖然可調(diào)節(jié)無功功率，但有高頻電流流向電網(wǎng)。交流勵(lì)磁雙饋型異步發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制、減小變換器的容量外，在磁場(chǎng)定向矢量控制下還可實(shí)現(xiàn)P、Q解耦控制，對(duì)電網(wǎng)而言可起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。盡管這種變速恒頻控制方案是在定子電路實(shí)現(xiàn)的，但流過定子控制繞組的功率僅為無刷雙饋型發(fā)電機(jī)總功率的一小部分，這是由于控制繞組的功率為功率繞組功率的pc /(pp +pc)小雙向變換器的容量也僅為發(fā)電機(jī)容量的一小部分。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行根據(jù)不同的風(fēng)況可分三個(gè)不同階段。采用風(fēng)力機(jī)變節(jié)距調(diào)速的困難在于風(fēng)速難檢測(cè),調(diào)速精度低,變距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維護(hù)困難。根據(jù)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同區(qū)域的運(yùn)行，我們將基本控制策略確定為：低于額定風(fēng)速時(shí)，通過對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而能在在變速運(yùn)行區(qū)域跟蹤C(jī)pmax曲線，風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到給定的功率轉(zhuǎn)速曲線控制，獲得最大能量。但鼠籠式異步電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、易于維護(hù)和適宜惡劣的工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn), 得到了廣泛的應(yīng)用, 特別是在離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,目前多用于 100KW 以下的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。另外發(fā)電機(jī)變速運(yùn)行的范圍比較寬，既可超同步運(yùn)行，也可亞同步運(yùn)行，而定子輸出電壓和頻率可以維持不變，既可調(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。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速nm變化時(shí), 即fm變化時(shí), 若控制fc相應(yīng)發(fā)生變化, fp 將保持恒定不變, 從而實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制。磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)用的高頻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，而風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較低，故系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)速比較大的增速器，也提高了系統(tǒng)的成本。③ 單饋運(yùn)行時(shí)存在著“轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩”點(diǎn)，在此轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩附近電機(jī)的特性性質(zhì)不一樣。在這種運(yùn)行方式下，通過改變控制繞組激勵(lì)的幅值以及頻率fc即可實(shí)現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)矩以及電機(jī)性能(效率、功率因數(shù)等)的控制。與普通的感應(yīng)電機(jī)控制不同，BDFM 電機(jī)需要采用轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系。無刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制策略目前尚處于探索階段，但是參考無刷雙饋電動(dòng)機(jī)的控制策略，也可以得到一些有益的啟示。目前的研究分為兩類：一類是從電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響出發(fā)，研究如何使風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時(shí)候安全運(yùn)行；另一類從電網(wǎng)的安全出發(fā)，一方面研究如何減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)過程以及正常運(yùn)行過程對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響，另一方面研究如何使風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)的安全中發(fā)揮自身的作用。從目前國內(nèi)外文獻(xiàn)可以看出，研究高效低成本的交流勵(lì)磁變頻電路拓?fù)浼捌淇刂撇呗允请p饋電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。高老師學(xué)識(shí)淵博、思維開闊、治學(xué)態(tài)度非常嚴(yán)謹(jǐn)，特別是高老師對(duì)工作一絲不茍、對(duì)人處處關(guān)心、誨人不倦的作風(fēng)，為我樹立了為人與治學(xué)的榜樣，并將激勵(lì)我不斷前進(jìn)。因此，采用合理的并網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)不可忽視的問題。(3) 功率控制回路:有功功率指令P 、無功功率指令Q與功率反饋值 P、Q進(jìn)行比較，差值經(jīng) Pi 功率調(diào)節(jié)器，得到控制繞組電流有功和無功分量指令 。從難易程度及性能指標(biāo)考慮，選擇轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制方式對(duì)無刷雙饋電機(jī)進(jìn)行控制較為合適。于是提出了基于一套繞組來估計(jì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化的無刷雙饋電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法。無刷雙饋電機(jī)由于其電機(jī)本身的特點(diǎn):只有控制繞組可控，而功率繞組是不可控的，必將導(dǎo)致其控制策略和方法與傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制策略和方法有所不同。 雙饋電機(jī)存在的主要問題無刷雙饋電機(jī)的開環(huán)運(yùn)行的效果都不是很好，主要存在著以下的幾個(gè)問題:① 諧波含量大。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使風(fēng)力機(jī)在很大風(fēng)速范圍內(nèi)以最佳效率運(yùn)行，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，且簡化風(fēng)力機(jī)的調(diào)速機(jī)構(gòu)，只需采取適當(dāng)?shù)南匏俅胧┘纯?，并且在限速運(yùn)行區(qū)仍可允許轉(zhuǎn)速有一定范圍的波動(dòng)，從而降低風(fēng)力機(jī)機(jī)械部分的造價(jià)，并能提高運(yùn)行可靠性。 fc是定子控制繞組電流頻率。 ωr ，從而發(fā)電機(jī)定子感應(yīng)出工頻電壓。由于風(fēng)速的不斷變化, 風(fēng)力機(jī)及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之變化, 既電機(jī)發(fā)出來的電是變頻的。采用變槳距調(diào)節(jié)，可以限制轉(zhuǎn)速變化的幅度。在變速運(yùn)行區(qū)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速總是跟從風(fēng)速的變化而變化，此時(shí)風(fēng)力機(jī)能獲得最大的風(fēng)能。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)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。對(duì)于無刷雙饋型發(fā)電機(jī)，有：f p 177。發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速和電轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為nr =pnnm或ωr=pnωm。 磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有以下幾種：(1)交直交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)這種系統(tǒng)中的變速恒頻控制是在電機(jī)的定子電路中實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的另一大核心部分，它負(fù)責(zé)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和控制技術(shù)，也決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能、效率和輸出電能質(zhì)量。其缺點(diǎn)是葉片重量大(與變槳距風(fēng)機(jī)葉片比較)，槳葉、輪轂、塔架等部件受力較大，機(jī)組的整體效率較低。整流器和逆變器可以做成兩個(gè)裝置，也可以合為一體。風(fēng)力發(fā)電主要使用 2 到 3 個(gè)槳葉的風(fēng)力機(jī)，20 個(gè)或更多槳葉的風(fēng)力機(jī)主要用于水泵等機(jī)械裝置的驅(qū)動(dòng)。中國陸地 10 米高度層實(shí)際可開發(fā)的風(fēng)能儲(chǔ)量為 億千瓦，考慮到近海風(fēng)能，總儲(chǔ)量應(yīng)該不止 億千瓦。世界各地都在通過立法或不同的優(yōu)惠政策積極激勵(lì)、扶持發(fā)展風(fēng)電技術(shù)，而中國是風(fēng)能資源較豐富的國家，更需要開發(fā)利用風(fēng)電技術(shù)。在歐洲，德國的風(fēng)電發(fā)展處于領(lǐng)先地位。風(fēng)輪的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，它由氣動(dòng)性能優(yōu)異的葉片(目前商業(yè)機(jī)組一般為 2—3 個(gè)葉片)裝在輪毅上所組成，風(fēng)輪采用定槳距或變槳距兩種，以定槳距居多。風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率大約為 35%。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按照風(fēng)電機(jī)的調(diào)節(jié)技術(shù)分主要有以下 4 種：①定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；②變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；③主動(dòng)失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；④變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。主動(dòng)失速調(diào)節(jié)型的優(yōu)點(diǎn)是具備了定槳距失速型的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行變槳距調(diào)節(jié)，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，減弱了機(jī)械剎車對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，控制較為容易，輸出功率較平穩(wěn)。采用變速恒頻發(fā)電方式，就可按照捕獲最大風(fēng)能的要求，在風(fēng)速變化的情況下實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，使之始終運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速上，從而提高了機(jī)組發(fā)電效率，優(yōu)化了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行條件。再通過晶閘管開關(guān)電路使這個(gè)正弦脈動(dòng)波的一半反向，得到圖 (d)。6脈波、36 管的交交變換器輸出電壓富含低次諧波，嚴(yán)重影響發(fā)電質(zhì)量，必須進(jìn)行諧波抑制。第二章 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電電機(jī)及其系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)受到了人們的廣泛關(guān)注，使它越來越多地被應(yīng)用到大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。為了使風(fēng)輪能在CP最大區(qū)運(yùn)行，速能夠被控制以跟蹤風(fēng)速的變化。在轉(zhuǎn)速恒定區(qū)，保持轉(zhuǎn)速恒定，隨著風(fēng)速增大，Cp值減少，但功率仍然增大。以下就常用的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的 5 種變速恒頻控制方案進(jìn)行簡單的論述。 交流勵(lì)磁雙饋型變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)該系統(tǒng)采用的發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)。(定子繞組也可只有一套繞組，但需有 6 個(gè)出線端，3 個(gè)為功率端口，接工頻電網(wǎng)；另外 3 個(gè)出線端為控制端口，通過變頻器接電網(wǎng))。磁場(chǎng)調(diào)制型變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)由一臺(tái)專門設(shè)計(jì)的三相高頻交流發(fā)電機(jī)和一套功率轉(zhuǎn)換電路組成。由于對(duì)無刷雙饋電機(jī)的理論研究的不成熟和電力電子技術(shù)器件的限制，早期的無刷雙饋電機(jī)都只是對(duì)電機(jī)本體進(jìn)行研究，很少涉及到電機(jī)的閉環(huán)控制。開環(huán)運(yùn)行于一定的功率因數(shù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的變頻器的電壓和相位差計(jì)算量大，實(shí)際上不容易得到精確的結(jié)果，因此不能有效地控制電機(jī)的功率因數(shù)。由穩(wěn)態(tài)等效電路的轉(zhuǎn)子電路可得 X pr I p cos φ p = X cr I cr +Irr （）其中 I cr ， I p 分別為控制繞組電流實(shí)軸和虛軸分量。但這種方法的實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜，只處于理論仿真階段。其反饋量是勵(lì)磁三相電流。交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是雙饋電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有功無功的獨(dú)立靈活控制?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制理論為深入研究變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制提供了強(qiáng)有力的理論和技術(shù)支持。(2)針對(duì)各種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析比較了各種發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點(diǎn)。因此，其控制策略是在充分利用風(fēng)能的基礎(chǔ)上使風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)，在有限范圍內(nèi)分擔(dān)電網(wǎng)的無功潮流，從而提高風(fēng)電并網(wǎng)質(zhì)量和系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。通過電壓和電流反饋，不僅能算出發(fā)電機(jī)的有功輸出和無功輸出，還有判定定子磁通方向的作用。通過由同步坐標(biāo)系到靜止定子坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，可得瞬時(shí)電流值 I ac 、 I bc 、 I cc 。標(biāo)量控制利用反饋，采用簡單 PI 調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)給定，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電機(jī)的參數(shù)如電阻等易受外界的影響而改變，參數(shù)的變化和測(cè)定的正確與否直接影響控制的成功實(shí)現(xiàn)。80 年代末 90 年代初，無刷雙饋電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和兩軸數(shù)學(xué)模型的建立，為無刷雙饋電機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真和控制性能的優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過并聯(lián)橋式整流器整流，然后通過可控硅開關(guān)電路，將波形的一半反向，最后經(jīng)濾波器濾波，即得到與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)頻率為 fm 的恒頻正弦波輸出。這種無刷雙饋發(fā)電機(jī)定子的功率繞組和控制繞組的作用分別相當(dāng)于交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。饋電方式則和雙饋電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)相似，即定子繞組接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組則由一套交—交或交—直—交變頻器提供頻率、相位、幅值都可調(diào)節(jié)的電源，實(shí)現(xiàn)恒頻輸出， 還通過改變勵(lì)磁電流的幅值和相位實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)有功、無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。其變速恒頻控制策略在定子電路實(shí)現(xiàn)。高于額定風(fēng)速時(shí)，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速能力主要用來提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性。在更高的風(fēng)速下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械和電氣極限要求轉(zhuǎn)子速度和輸出功率維持在限定值以下，這個(gè)限制就確定了變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的第三個(gè)運(yùn)行階段，該階段稱為功率恒定區(qū)。風(fēng)力機(jī)的作用是從空氣中獲取能量，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。矩陣式交交變換器的輸入、輸出特性較好，功率可以雙向流，主電路結(jié)構(gòu)簡單，但控制方法還不成熟，需要依賴更加成熟的雙向開關(guān)器件。輸出電壓的頻率和相位取決于勵(lì)磁電流的頻率和相位，正是這一特點(diǎn)使得磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)非常適合于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。同時(shí)采用矢量變換控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出有功功率、無功功率解藕(簡稱 P、Q 解藕)控制。機(jī)組在葉片設(shè)計(jì)上采用了變槳距結(jié)構(gòu)。 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轂的連接是固定的，槳距角固定不變，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。(3)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性風(fēng)車就是通過其槳葉將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(風(fēng)車的轉(zhuǎn)速及其作用于其上的轉(zhuǎn)矩)的裝置。上述這些部件都安裝在機(jī)艙平面上，整個(gè)機(jī)艙由高大的搭架舉起，由于風(fēng)向經(jīng)常變化，為了有效地利用風(fēng)能，必須要有迎風(fēng)裝置，它根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)得的風(fēng)向信號(hào)，由控制器控制偏航電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與塔架上大齒輪咬合的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)艙始終對(duì)風(fēng)。其中丹麥風(fēng)能產(chǎn)業(yè)年?duì)I業(yè)額在 30 億歐元左右，并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組達(dá) 312 萬千瓦，風(fēng)能發(fā)電量占全國電力總量的 22%，居全球首位；而在該國的西北部地區(qū)，這個(gè)比例甚至已經(jīng)達(dá)到 100%。清潔、高效成為能源生產(chǎn)和消費(fèi)的主流，世界各國都在加快能源發(fā)展多樣化的步伐。