【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的離散間距——第I個(gè)分量的角頻率 ——第I個(gè)分量的初相角為0~2Pi之間分布的隨機(jī)量——第I個(gè)分量的振幅 （35）式中：kN——地表摩擦系數(shù)F——攏動(dòng)范圍m2——相對(duì)高度的平均風(fēng)速（m/s） 綜合風(fēng)速表達(dá)式綜合風(fēng)速表達(dá)式即是對(duì)前面的四個(gè)分量風(fēng)的表達(dá)式求和即可，其表達(dá)式如下： 　　　　　　　　（36） 風(fēng)能的仿真 基本風(fēng)的仿真我們將基本風(fēng)作為常數(shù)考慮，仿真模塊與結(jié)果如圖43和44所示。在仿真基本風(fēng)模塊時(shí)取常數(shù)為8m/s。圖33 基本風(fēng)仿真模塊圖34 基本風(fēng)輸出仿真波形 陣形風(fēng)的仿真陣形風(fēng)仿真模塊與結(jié)果如圖45和46所示。圖35 陣形風(fēng)仿真模塊圖36 陣形風(fēng)輸出仿真波形 漸變風(fēng)的仿真漸變風(fēng)仿真模塊與結(jié)果如圖47和48所示。圖37 漸變風(fēng)仿真模塊圖38 漸變風(fēng)輸出仿真波形 隨機(jī)噪聲風(fēng)的仿真隨即噪聲風(fēng)的仿真模塊與結(jié)果如圖49和410所示。 圖39 隨機(jī)噪聲風(fēng)仿真模塊 圖310 隨機(jī)噪聲風(fēng)輸出仿真波形 綜合風(fēng)的仿真 綜合風(fēng)就是前四種風(fēng)的求和，仿真模塊與結(jié)果如圖411與412所示。圖311 綜合風(fēng)仿真模塊圖312 綜合風(fēng)輸出仿真波形第四章 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng) 異步發(fā)電機(jī)的基本原理 異步發(fā)電機(jī)的基本原理簡(jiǎn)介 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)，其定子與同步電機(jī)的定子基本相同，定子繞組為三相的，可接成三角形或星形接法；轉(zhuǎn)子則有鼠籠型和饒線型兩種。根據(jù)異步電機(jī)理論，異步電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)由定子三相繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)的頻率及電機(jī)繞組的極對(duì)數(shù) ns=60f/p （41）式中：ns為同步轉(zhuǎn)速；f為電網(wǎng)頻率；p為繞組極對(duì)數(shù)。按照異步發(fā)電機(jī)理論可知，當(dāng)異步電機(jī)連接到頻率恒定的電網(wǎng)上時(shí)，異步電機(jī)可以有不同的 運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)（即n ns),異步電機(jī)以電動(dòng)機(jī)的方式運(yùn)行，處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)異步電機(jī)自電網(wǎng)吸取電能，而由其轉(zhuǎn)軸輸出機(jī)械功率；當(dāng)異步電機(jī)由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速時(shí)（n ns),則異步電機(jī)將處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)異步電機(jī)吸收由原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能而向電網(wǎng)輸出電能。 發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，把發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)將機(jī)組起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速并切人電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)目前在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中不再進(jìn)入自動(dòng)控制程序。因?yàn)闅鈩?dòng)性能良好的槳葉在風(fēng)速v4m／s的條件下即可使機(jī)組順利地自起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速?！　‰妱?dòng)機(jī)起動(dòng)一般只在調(diào)試期間無(wú)風(fēng)時(shí)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(shí)使用。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)可使用安裝在機(jī)艙內(nèi)的上位控制器按鈕或是通過(guò)主控制器鍵盤(pán)的起動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)起動(dòng)瞬間，存在較大的沖擊電流(甚至超過(guò)額定電流的10倍)，將持續(xù)一段時(shí)間(由靜止至同步轉(zhuǎn)速之前)，因而發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)需采用軟起動(dòng)技術(shù)，根據(jù)電流反饋值，控制起動(dòng)電流，以減小對(duì)電網(wǎng)沖擊和機(jī)組的機(jī)械振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超出60s，起動(dòng)電流小于小發(fā)電機(jī)額定電流的3倍。 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方法 因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)為低速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力機(jī)械，在風(fēng)力機(jī)與異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間經(jīng)增速齒輪傳動(dòng)來(lái)提高以達(dá)到適合異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,一般與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)多選用4極或6極電機(jī),因此異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速必須超過(guò)1500r/min或1000r/min,才能運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài),向電網(wǎng)送電。顯見(jiàn),電機(jī)極對(duì)數(shù)的選擇與增速齒輪箱關(guān)系密切,若電機(jī)極對(duì)數(shù)選小,則增速齒輪傳動(dòng)的速比增大,齒輪箱增大,但電機(jī)的尺寸則小些；反之,若電機(jī)極對(duì)數(shù)選大些,則傳動(dòng)速比減小,但電機(jī)的尺寸大些。根據(jù)電機(jī)理論,異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí),是靠滑差率來(lái)調(diào)整負(fù)荷的,其輸出的功率與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速近乎成線性關(guān)系,因此對(duì)機(jī)組的調(diào)整要求,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(shí)就可并網(wǎng),國(guó)內(nèi)及國(guó)外與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,多采用異步發(fā)電機(jī),但異步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)瞬間會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流(約為異步發(fā)電機(jī)額定電流的4～7倍),這種沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)自身部件的安全及對(duì)電網(wǎng)的影響也愈加嚴(yán)重[5]。過(guò)大的沖擊電流，有可能使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接的主回路中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；而電網(wǎng)電壓的較大幅度下降,則可能會(huì)使低電壓保護(hù)動(dòng)作,從而導(dǎo)致異步發(fā)電機(jī)根本不能并網(wǎng)。當(dāng)前在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用的異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方法有以下幾種。 直接并網(wǎng) 這種并網(wǎng)方法要求在并網(wǎng)時(shí)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(dòng)的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)即可并入電網(wǎng)；自動(dòng)并網(wǎng)的信號(hào)由測(cè)速裝置給出,而后通過(guò)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)合閘完成并網(wǎng)過(guò)程。顯見(jiàn)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。但如上所述，直接并網(wǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流及電網(wǎng)電壓的下降，因此這種并網(wǎng)方法只適用于異步發(fā)電機(jī)容量在百千瓦級(jí)以下，而電網(wǎng)容量較大的情況下。中國(guó)最早引進(jìn)的550kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及自行研制的50kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是采用這種方法并網(wǎng)的。 降壓并網(wǎng)這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者接入自耦變壓器，以達(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)并入電網(wǎng)以后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，必須將其切除，這種并網(wǎng)方法適用于百千瓦級(jí)以上、容量較大的機(jī)組，顯見(jiàn)這種并娃每個(gè)方法的經(jīng)濟(jì)性比較差，中國(guó)引進(jìn)上午200kW異步發(fā)電機(jī)組，就是采用這種并網(wǎng)方式，并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)每相繞組與電網(wǎng)之間皆串接有大功率電阻。 通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間通過(guò)每相串入一只雙相晶閘管連接起來(lái)，三相均有晶閘管控制，雙相晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸頭并聯(lián)。接入雙相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)。 這種并網(wǎng)方法的特點(diǎn)是通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的沖擊電流限制在規(guī)定的范圍內(nèi)（～2倍額定電流以下，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程。 軟并網(wǎng)系統(tǒng) 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的必要性由于異步發(fā)電機(jī)對(duì)并網(wǎng)要求低，控制和保護(hù)比較簡(jiǎn)單，并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，因此采用異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組是國(guó)內(nèi)外商品化的風(fēng)電機(jī)組所采取的主要技術(shù)方案。但是異步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)瞬間，所產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)達(dá)到其額定電流的6～8倍，甚至10倍以上。該沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)、葉輪以及發(fā)電機(jī)本身造成嚴(yán)重的沖擊，甚至?xí)绊懫渌?lián)網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行。另外，并網(wǎng)沖擊電流也會(huì)對(duì)電機(jī)接觸器、主空氣開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)設(shè)備造成較強(qiáng)的沖擊。因此軟并網(wǎng)技術(shù)是失速型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。軟并網(wǎng)裝置用于限制異步發(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。軟并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用大功率晶閘管進(jìn)行限流，在機(jī)組電動(dòng)啟動(dòng)或并網(wǎng)過(guò)程中控制系統(tǒng)根據(jù)收到命令情況和相應(yīng)傳感器的信號(hào)對(duì)并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行控制，并網(wǎng)結(jié)束后旁路晶閘管支路[2]。 軟并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)系統(tǒng)由主電路(強(qiáng)電回路)及其晶閘管移相觸發(fā)控制電路(弱電回路)組成。晶閘管移相觸發(fā)控制裝置的硬件部分主要由電網(wǎng)電壓同步信號(hào)生成、移相觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生與輸出、觸發(fā)脈沖的功率放大與整形、異步電機(jī)定子電流的監(jiān)測(cè)以及與主控制器之間的串行通訊等部分組成[8]。主電路由三對(duì)反并聯(lián)或雙向晶閘管及其保護(hù)電路組成，如圖51所示。六只晶閘管串接在發(fā)電機(jī)出線與電網(wǎng)之間。由于晶閘管屬貴重元器件，承受電壓與電流沖擊的能力較差。為了吸收開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作過(guò)程中晶閘管兩端可能產(chǎn)生的瞬間尖峰電壓以及電網(wǎng)電壓大幅度快速波動(dòng)帶來(lái)的不良影響，在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收保護(hù)回路。阻容吸收回路主要是利用電容端電壓不能突變的特性來(lái)吸收晶閘管兩端的尖峰電壓，以保護(hù)晶閘管。但阻容電路吸收過(guò)電壓的能力是有限的[11]。當(dāng)雷擊引起電網(wǎng)產(chǎn)生更高的過(guò)電壓，或者過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，晶閘管的端電壓仍可能會(huì)超過(guò)允許值。因此，晶閘管兩應(yīng)并接壓敏電阻。壓敏電阻是一種金屬氧化物的非線性電阻，其正常工作時(shí)漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過(guò)電壓能力高，而且對(duì)峰值電壓反應(yīng)快。軟并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束后，為減少主電路各器件的功率損耗，旁路接觸器K2閉合，將晶閘管支路短接。另外，K1為主空氣開(kāi)關(guān)，串接于電網(wǎng)與晶閘管之間。 軟并網(wǎng)系統(tǒng)的基本工作原理晶閘管在正向電壓與觸發(fā)脈沖的作用下可在很短的時(shí)間內(nèi)快速導(dǎo)通，并在其電流變?yōu)榱阒笆冀K保持導(dǎo)通狀態(tài)。通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，就可連續(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。由于晶閘管的等效阻抗值隨晶閘管導(dǎo)通角大小變化。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通角為零時(shí)，即晶閘管完全關(guān)閉，此時(shí)晶閘管的等效電阻為無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路；當(dāng)晶閘管完全導(dǎo)通時(shí)，也就是完全打開(kāi)時(shí)，此時(shí)晶閘管的等效電阻非常小，相當(dāng)于導(dǎo)線直接連接[3]。由于雙向晶閘管串接于電機(jī)出線與電網(wǎng)之間，所以通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，就可調(diào)節(jié)電機(jī)定子電壓按階梯波的形式從某一較小的初值逐漸增加到全壓狀態(tài)，從而降低定子電壓隨