【文章內容簡介】 了應用，這大大促進了雙饋電機控制技術在風電系統(tǒng)中的應用。八十年代以后，功率半導體器件發(fā)展的主要方向是高頻化、大功率、低損耗和良好的可控性，并在交流調速領域內得到廣泛應用，使其控制性能可以和直流電機媲美。九十年代微機控制技術的發(fā)展，加速了雙饋電機在工業(yè)領域的應用步伐。近十年來是雙饋電機最重要的發(fā)展階段，變速恒頻雙饋風力發(fā)電機組已由基本控制技術向優(yōu)化控制策略方向發(fā)展。其勵磁控制系統(tǒng)所用變流裝置主要有交交變流器和交直交變流器兩種結構形式:(1)交交變流器的特點是容量大，但是輸出電壓諧波多，輸入側功率因數低，使用功率元件數量較多。(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和功率雙向流動，非常適用于變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的勵磁控制。為了改善發(fā)電系統(tǒng)的性能，國內外學者對變速恒頻雙饋發(fā)電機組的勵磁控制策略進行了較深入的研究，主要為基于各種定向方式的矢量控制策略和直接轉矩控制策略。我國科研機構從上世紀九十年代開始了對變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)控制技術的研究，但大多數研究還僅限于實驗室，只有部分研究成果在中，在小型風力發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)中得到應用。因此，加快雙饋機組的勵磁控制技術的研究進度對提高我國風電機組自主化進程具有重要意義。除了上面提到的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)勵磁控制技術研究以外，變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)還有許多研究熱點包括:(I)風力發(fā)電系統(tǒng)的軟并網軟解列研究軟并網和軟解列是目前風力發(fā)電系統(tǒng)的一個重要部分。一般的，當電網容量比發(fā)電機的容量大得多的時候，可以不考慮發(fā)電機并網的沖擊電流，鑒于目前并網運行的發(fā)電機組已經發(fā)展到兆瓦級水平，所以必須要限制發(fā)電機在并網和解列時候的沖擊電流，做到對電網無沖擊或者沖擊最小。(2)無速度傳感器技術在雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)應用的研究近年，雙饋電機的無位置以及無速度傳感器控制成了風力發(fā)電領域的一個重要研究方向，在雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)中需要知道電機轉速以及位置信息，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?。理論上可以通過電機的電壓和電流實時計算出電機的轉速，從而實現無速度傳感器控制。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。(3)電網故障狀態(tài)下風力發(fā)電系統(tǒng)不間斷運行等方面并網型雙饋風力發(fā)電機系統(tǒng)的定子繞組連接電網上，在運行過程中，各種原因引起的電網電壓波動、跌落甚至短路故障會影響發(fā)電機的不間斷運行。電網發(fā)生突然跌落時，發(fā)電機將產生較高的瞬時電磁轉矩和電磁功率，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。此外，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定以及無功極限方面也是目前研究的熱點。在大型風力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，經常需要把風力發(fā)電機組接入電力系統(tǒng)并列運行。發(fā)電機并網是風力發(fā)電系統(tǒng)正常運行的“起點”，也是整個風力發(fā)電系統(tǒng)能夠良好運行的前提。其主要要求是限制發(fā)電機在并網時的瞬變電流，避免對電網造成過大的沖擊，并網過程是否平穩(wěn)直接關系到含風電電網的穩(wěn)定性和發(fā)電機的安全性。當電網的容量比發(fā)電機的容量大的多(大于25倍)的時候，發(fā)電機并網時的沖擊電流可以不考慮。但風力發(fā)電機組的單機容量越來越大，目前己經發(fā)展到兆瓦級水平，機組并網對電網的沖擊已經不能忽視。比較嚴重的后果不但會引起電網電壓的大幅下降，而且還會對發(fā)電機組各部件造成損害。而且，長時間的并網沖擊，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。因此必須通過合適的發(fā)電機并網方式來抑制并網沖擊電流。目前，實現發(fā)電機并網的方式主要有兩種，一種被稱為準同期方式，另一種被稱為自同期方式。準同期方式是將已經勵磁的發(fā)電機在達到同期條件后并入電網。自同期方式則是將沒有被勵磁的發(fā)電機在達到額定轉速時并入電網，隨即給發(fā)電機加上勵磁，接著轉子被拉入同步。自同期方式由于當發(fā)電機合閘時，沖擊電流較大，母線電壓跌落較多而很少采用。因此，現在發(fā)電機的主要并網方式為準同期方式，它能控制發(fā)電機快速滿足準同期條件，從而實現準確、安全并網。異步風力發(fā)電機組并網異步發(fā)電機投入運行時，由于靠轉差率來調整負荷，其輸出的功率與轉速近乎成線性關系，因此對機組的調速要求不像同步發(fā)電機那么嚴格精確，不需要同步設備和整步操作，只要轉速接近同步轉速時就可并網。但異步發(fā)電機的并網也存在一些問題。例如直接并網時會產生過大的沖擊電流(約為異步發(fā)電機額定電流的4～7倍)，并使電網電壓瞬時下降。隨著風力發(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的影響也愈加嚴重。過大的沖擊電流，有可能使發(fā)電機與電網連接的主回路中自動開關斷開。而電網電壓的較大幅度下降；則可能會使低壓保護動作，從而導致異步發(fā)電機根本不能并網。另外，異步發(fā)電機還存在著本身不能輸出無功功率、需要無功補償、過高的系統(tǒng)電壓會造成發(fā)電機磁路飽和等問題。目前，國內外采用異步發(fā)電機的風力發(fā)電機組并網方式主要有以下幾種。(1)直接并網方式這種并網方法要求并網時發(fā)電機的相序與電網的相序相同，當風力機驅動的異步發(fā)電機轉速接近同步轉速(90%一100%)時即可完成自動并網，見圖(26)所示，自動并網的信號由測速裝置給出，然后通過自動空氣開關合閘完成并網過程。這種并網方式比同步發(fā)電機的準同步并網簡單，但并網瞬間存在三相短路現象，并網沖擊電流達到4～5倍額定電流，會引起電力系統(tǒng)電壓的瞬時下降。這種并網方式只適合用于發(fā)電機組容量較小或與大電網相并的場合。(2)準同期并網方式與同步發(fā)電機準同步并網方式相同，在轉速接近同步轉速時，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節(jié)和校正，使其與系統(tǒng)同步。當發(fā)電機的電壓、頻率、相位與系統(tǒng)一致時，將發(fā)電機投入電網運行，見圖(27)所示。采用這種方式，若按傳統(tǒng)的步驟經整步到同步并網，則仍須要高精度的調速器和整步、同期設備，不僅要增加機組的造價，而且從整步達到準同步并網所花費的時間很長，這是我們所不希望的。該并網方式合閘瞬間盡管沖擊電流很小，但必須控制在最大允許的轉矩范圍內運行，以免造成網上飛車。(3)降壓并網方式降壓并網是在異步發(fā)電機和電網之間串接電阻或電抗器或者接入自禍變壓器，以便達到降低并網合閘瞬間沖擊電流幅值及電網電壓下降的幅度。因為電阻、電抗器等元件要消耗功率，在發(fā)電機進入穩(wěn)態(tài)運行后必須將其迅速切除。顯然這種并網方法的經濟性較差。(4)晶閘管軟并網方式這種并網方式是在異步發(fā)電機定子與電網之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，來對發(fā)電機的輸入電壓進行調節(jié)。雙向晶閘管的兩端與并網自動開關K2的動合觸頭并聯，如圖29所示。接入雙向晶閘管的目的是將發(fā)電機并網瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內。圖(29)示出軟并網裝置的原理。通過采集US和IS的幅值和相位，對晶閘管的導通角進行控制。具體的并網過程是:當風力發(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)電機的相序與電網的相序是否一致，若相序正確，則發(fā)出松閘命令，風力發(fā)電機組開始啟動；當發(fā)電機轉速接近同步轉速時(約為99 %100%同步轉速)，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，雙向晶閘管的導通角則同時由0度到180度逐漸增大，此時并網自動開關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，隨著發(fā)電機轉速的繼續(xù)升高，電機的轉差率趨于零，當轉差率為零時，雙向晶閘管已全部導通，并網自動開關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雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關K2流入電網。在發(fā)電機并