【正文】 理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文能通過異步發(fā)電機的額定電流值，而具有旁路并網(wǎng)自動開關(guān)的軟并網(wǎng)連接方式中的高反壓雙向晶閘管只要能通過較發(fā)電機 空載電流略高的電流就可以滿足要求。在所示的軟并網(wǎng)線路中，在雙向晶閘管兩端并接有旁路并網(wǎng)自動開關(guān)，并在零轉(zhuǎn)差率時實現(xiàn)自動切換，在并網(wǎng)瞬態(tài)過程完畢后，即將雙向晶閘管短接。當(dāng)滑差率為零時，并網(wǎng)自動開關(guān)動作，動合觸頭閉合，雙向晶閘管被短接，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)觸頭流入電網(wǎng)。其并網(wǎng)的過程如下：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組接收到由控制系 統(tǒng)內(nèi)微處理器發(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。 (3)通過晶閘管軟并網(wǎng) 這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機定子與電網(wǎng)之間通過每相串入一只雙向晶閘管連接起來，三相均有晶閘管控制，雙向晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動開關(guān)的動合觸頭并聯(lián)。這種并網(wǎng)方法適用于百千瓦級以上、容量較大的機組，顯而易見這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟性較差。 (2)降壓并網(wǎng) 這種并網(wǎng)方法是在異步電機與電網(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。但如上所述，直接并網(wǎng)時 8 會出現(xiàn)較大的沖擊電流及電網(wǎng)電壓的下降，因此這種并網(wǎng)方法只適合用于異步發(fā)電機容量在百千瓦級以下而電網(wǎng)基于 DSP的風(fēng)能并網(wǎng)逆變器的研究容量較大的情況下。過大的沖擊電流，有可能使發(fā)電機與電網(wǎng)連接的主回路中的自動開關(guān)斷開；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) 。但異步發(fā)電機在并網(wǎng)瞬間會出現(xiàn)較大的沖 擊電流 (約為異步發(fā)電機額定電流的 4～ 7倍 )，并使電網(wǎng)電壓瞬時下降。根據(jù)電機理論，異步發(fā)電機并入電網(wǎng)運行時，是靠滑差率來調(diào)整負荷的，其輸出的功率與轉(zhuǎn)速近乎成線性關(guān)系。 并網(wǎng)方法 因為 風(fēng)力機為低速運轉(zhuǎn)的動力機械，在風(fēng)力機與異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間經(jīng)增速齒輪傳動來提高轉(zhuǎn)速以達到適合異步發(fā)電機運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng) 的 方法 自從上世紀以來，學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出了有很多種風(fēng)能并網(wǎng)方案并且應(yīng)用在實際的風(fēng)電場并網(wǎng)建設(shè)中。 7 第 二 章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)分析 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的介紹 由于風(fēng)力發(fā)電存在著風(fēng)速變化 或風(fēng)速較低的風(fēng)力發(fā)電機輸出的電能電壓變化較大、幅值較低且頻率變化，所以不能采取直接將發(fā)電機與電網(wǎng)相連接的方法并網(wǎng)。 網(wǎng)側(cè)變換器的主要任務(wù)就是為電機側(cè)變換器提供恒定的直流母線電壓，因此很多學(xué)者對提高網(wǎng)側(cè)變換器的抗擾動性能進行了研究 [5]。采用間接電流控制策略，直流電壓調(diào)節(jié)器的輸出直接用來調(diào)整整流器輸入端的電壓幅值和相位，網(wǎng)側(cè)電流的動態(tài)響應(yīng)慢，且對系統(tǒng)參數(shù)變化 比較靈敏。目前 PWM變換器的研究熱點較多集中在拓撲結(jié)構(gòu) 簡單、動態(tài)相應(yīng)迅速的電壓型 PWM整流器上 ， 為了實 現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的控制，必須控制網(wǎng)側(cè)電流相位， 傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓定向控制通常采用雙閉環(huán)級聯(lián)控制結(jié)構(gòu)：電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。 6 永磁發(fā)電機 A C / D C D C / A C電網(wǎng) 圖 11 永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電 直驅(qū)式電能變換器控制技術(shù) 雙 PWM變換器由于其良好的輸入輸出性能，在直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。電能變換器將這些頻率不斷變化的電能改變?yōu)楹泐l恒壓的交流電，輸入電網(wǎng)。隨著風(fēng)機轉(zhuǎn)速的變化，永磁風(fēng)力發(fā)電機所發(fā)出的電頻率也是不斷變化的。而且可根據(jù)風(fēng)速改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，保持上網(wǎng)頻率不變，提高了風(fēng)能利用率，還可以實現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)。永磁同步發(fā)電機用永磁體替代普通發(fā)電機的勵磁，省去電刷滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，同時也節(jié)約了勵磁功率，提高了發(fā)電機效率。但是存在齒輪箱，其維護保養(yǎng)費用遠高于無齒輪箱永磁同步風(fēng)力發(fā)電機。 (1)雙饋異步電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 目前美國 GE 能源、德國 Fuhrlamp。 針對定速型鼠籠發(fā)電機的缺點，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)方案開始采用。但是定速型 鼠籠發(fā)電機的缺點也很明顯。 5 風(fēng)力發(fā)電的 并網(wǎng)方式 上世紀八十年代的大型風(fēng)機通常采用帶有升速齒輪箱的定速型鼠籠式異步發(fā)電機。中國 “十一五 ”國家科技支撐計劃重大項目 “大功率風(fēng)電機組研制與示范 ”支持 ~、 以上雙饋式變速恒頻風(fēng)電機組的研制； ~、 以上直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機組的研制； 以上風(fēng)電機組葉片、齒輪箱、雙饋式發(fā)電機、直驅(qū)式永磁發(fā)電機的研制及產(chǎn) 業(yè)化； 以上雙饋式風(fēng)電機組控制系統(tǒng)及變流器、直驅(qū)式風(fēng)電機組控制系統(tǒng)及變流器的研制及產(chǎn)業(yè)化；近海風(fēng)電場建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究；近海風(fēng)電機組安裝及維護專用設(shè)備的研制；大型風(fēng)電機組相關(guān)標準制定及風(fēng)電技術(shù)發(fā)展分析等 16 個課題的研究 [10]。與 20xx 年累計裝機 萬 kW 相比， 20xx 年累計裝機增長率為 %。 截至 20xx 年底，中國除臺灣省外累計風(fēng)電機組 1864 臺，裝機容量 萬 kW，風(fēng)電場 62 個。 5 年中國除臺灣省外新增風(fēng)電機組 592臺，裝機容量 萬 kW。 國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀，根據(jù)國家氣象科學(xué)院的估算，我國陸地地面 10 米高度層風(fēng)能的理論可開發(fā)量為 32 億 kW，實際可開發(fā)量為 億 kW。報告聲明這份文件不是預(yù)測，而是從世界風(fēng)能資源、世界電力需求的增長和電網(wǎng)容量、風(fēng)力發(fā)電市場發(fā)展趨勢和潛在的增長率、與核電和大水電等其他電源技術(shù)發(fā) 展歷程的比較以及減排 CO2 等溫室氣體的要求，論證了風(fēng)電達到世界電量 12%的可能性。亞洲正成為發(fā)展全球風(fēng)力發(fā)電的新生力量，其增長率為 48%[5]。 20xx 年世界風(fēng)電累計裝機容量最多的十個國家，前十名合計 ，約占世界總裝機容量的 %。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 世界風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀，目前，中、 大型風(fēng)力發(fā)電機組已在世界上 40 多個國家陸地和近海并網(wǎng)運行，風(fēng)電增長率比其它電源增長率高的趨勢仍然繼續(xù)?？梢宰龅斤L(fēng)力機與發(fā)電機的直接禍合，省去變速箱，減少了維護問題，由此可以提高可靠性，減小系統(tǒng)噪聲，降低維護成本，而且風(fēng)機可以在低風(fēng)速狀態(tài)下運行，風(fēng)能利用率高，因此具有很大發(fā)展前景。其優(yōu)點是在并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒有影響 。雙饋發(fā)電系統(tǒng)由于電機結(jié)構(gòu)限制，仍然存在著高傳輸比的齒輪傳輸機構(gòu)和滑環(huán)，不可避免機械的維護問題，并且電機系統(tǒng)控制復(fù)雜。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于電網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速時，由于風(fēng)速太小僅靠風(fēng)能發(fā)出的電能 不能滿足要求 ,因發(fā)電機的電壓和頻率都太低而不能將其傳送到電網(wǎng)上去，此時，由控制電路控制電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器工作在整流狀 態(tài)，將電網(wǎng)的部分電能轉(zhuǎn)換成直流電，然后再將直流電經(jīng)電機側(cè)脈沖整流器變換為交流電，其頻率應(yīng)保證與轉(zhuǎn)子頻率之和等于 50 赫茲，即從電網(wǎng)獲得的電能和風(fēng)能一并相加并傳送到交流電網(wǎng)，以此實現(xiàn)風(fēng)能至電能的轉(zhuǎn)換 。而當(dāng)今變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展趨勢有以下兩種電機 :雙饋電機和永磁同步電機。如交 一 直 一 交系統(tǒng)、磁場調(diào)制發(fā)電機系統(tǒng)、交流勵磁雙饋發(fā)電機系統(tǒng)、無刷雙饋發(fā)電機系統(tǒng)、 雙 極式發(fā)電機系統(tǒng)等，這 些變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)有的是發(fā)電機與電力電子裝置相結(jié)合實現(xiàn)變速恒頻的，有的是通過改造發(fā)電機本身結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)變速恒頻的。目前新安裝的風(fēng)機均為變速恒頻風(fēng) 3 電系統(tǒng)，其中的主流機型是直驅(qū)多極同步發(fā)電機交流 /直流 /交流系統(tǒng)和雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)。恒速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電中，發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變，從而得到頻率恒定的電能 。風(fēng)力發(fā)電機組可以分為兩大類，恒速恒頻和變速恒頻。風(fēng)輪是吸收風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換成機械能的部件，由槳葉和輪般組成，是風(fēng)電機最主要的部件。在可預(yù)計的將來，風(fēng)力發(fā)電的成本將會進一步降低，將可以和傳統(tǒng)發(fā)電方式 (如水力發(fā)電、火力發(fā)電 )進行競爭。在過去 5 年中，風(fēng)電成本下降約 20%。從 1981年到 1995 年，風(fēng)電成本由 歐 分 /kWh 下降到 歐分 /kWh，減少了 2/3。目前國外一些大公司如 Vestas， GE，SiemensWind， Enercon 己開發(fā)出 ~6Mw 的樣機，但從技術(shù)成熟等角度而言， 2MW 等級的風(fēng)機仍然最具有市場前景。風(fēng)能己成為一種重要的可再生能源。運行可靠性從 20 世紀80 年代初的 50%，提高到 98%以上，并且在風(fēng)電場運行的風(fēng)力發(fā)電機組全部可以實現(xiàn)集中控制和遠程控制 。隨著槳葉空氣動力學(xué)、材料、發(fā)電機技術(shù)、計算機和控制技 術(shù)的飛速 發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展極為迅速，單機容量從最初的數(shù)十千瓦級發(fā)展到最近進入市場的兆瓦級機組 。從 20 世紀 70 年代中期，第一次石油危機之后開始受到世界各國的重視，由于風(fēng)力發(fā)電比其他可再生能源 (水能除外 )利用在經(jīng) 濟上更具有競爭優(yōu)勢，因而發(fā)展迅速。電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和微 2 電子技術(shù)等相結(jié)合進行技術(shù)創(chuàng)新，可以實現(xiàn)對可再生能源向電能的最佳轉(zhuǎn)換和最優(yōu)控制，以取得可觀的經(jīng)濟和社會效益?？梢?，能源危機和環(huán)境保護問題困擾世界的同時也給諸多科技領(lǐng)域施加了動力并提供了廣闊的市場?？梢灶A(yù)計 :可再生能源大規(guī)模應(yīng)用將是 21 世紀人類社會發(fā)展進步的一個重要標志。而地球不可再生能源，如石油、煤炭等，隨著過量開發(fā)利用也日趨短缺，并造成了較為嚴重的污染。但由于對運行工況的認識不足， 對變槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計不能滿足風(fēng)力發(fā)電機組正常運行的要求，更達不到優(yōu)化功率曲線和穩(wěn)定功率輸出的要求。變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的主要控制是在起動時對風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并網(wǎng)后對輸入功率的控制。隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。 可以說，對風(fēng)力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設(shè)計對我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的。 關(guān)鍵詞 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)逆變 鎖相環(huán) II Abstract The wind energy which is used as a kind of clean and reproducible energy, nowadays gets more and more important in the energy scarcity cases. Because instability of the wind and continuous enlarging capacity of the single machine in wind power generation, mutual effect between the wind power system and the grid is more and more plicated, so the higher demand is brought forward about the stability of output power of the wind power generation system. The control system may enhance the stability of output power, therefore we have the necessity to analyses control system and the control processes. This design is wind power grid system, using IGBT as the main power devices to specific integrated chip SA866 as a control center, full use of its peripheral circuit is simple, with a variety of waveform selection, no other processor with the characteristics, the use of IR2113 constitute the IGBT drive circuit, and digital circuits using single chip, do the phaselocked loop SPWM control SA866 output wave frequency stability, so that the output of the voltage inverter circuit with the same frequency and phase power, reach and work purposes. Keywords Wind Power Grid Inverter PLL III 目 錄 摘 要 ....................................................... I Abstract ................................................... II 第 1 章 緒論 ................................................. 1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究背景 ................................. 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................. 3 風(fēng)力發(fā)