【正文】 理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文能通過(guò)異步發(fā)電機(jī)的額定電流值，而具有旁路并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)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(guò)較發(fā)電機(jī) 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(dòng)開(kāi)關(guān)，并在零轉(zhuǎn)差率時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，在并網(wǎng)瞬態(tài)過(guò)程完畢后，即將雙向晶閘管短接。當(dāng)滑差率為零時(shí)，并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，動(dòng)合觸頭閉合，雙向晶閘管被短接，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)觸頭流入電網(wǎng)。其并網(wǎng)的過(guò)程如下：當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接收到由控制系 統(tǒng)內(nèi)微處理器發(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)。 (3)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)每相串入一只雙向晶閘管連接起來(lái)，三相均有晶閘管控制，雙向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)。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，顯而易見(jiàn)這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟(jì)性較差。 (2)降壓并網(wǎng) 這種并網(wǎng)方法是在異步電機(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。但如上所述，直接并網(wǎng)時(shí) 8 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)方法只適合用于異步發(fā)電機(jī)容量在百千瓦級(jí)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(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) 。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 )，并使電網(wǎng)電壓瞬時(shí)下降。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)速近乎成線性關(guān)系。 并網(wǎng)方法 因?yàn)?風(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)提高轉(zhuǎn)速以達(dá)到適合異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。 風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng) 的 方法 自從上世紀(jì)以來(lái)，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(shí)際的風(fēng)電場(chǎng)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(jī)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(jī)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(jī)側(cè)變換器提供恒定的直流母線電壓，因此很多學(xué)者對(duì)提高網(wǎng)側(cè)變換器的抗擾動(dòng)性能進(jìn)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(lái)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(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化 比較靈敏。目前 PWM變換器的研究熱點(diǎn)較多集中在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)相應(yīng)迅速的電壓型 PWM整流器上 ， 為了實(shí) 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(jí)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(jī) 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(jī)轉(zhuǎn)速的變化，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)。永磁同步發(fā)電機(jī)用永磁體替代普通發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，省去電刷滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)也節(jié)約了勵(lì)磁功率，提高了發(fā)電機(jī)效率。但是存在齒輪箱，其維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用遠(yuǎn)高于無(wú)齒輪箱永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 (1)雙饋異步電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 目前美國(guó) GE 能源、德國(guó) Fuhrlamp。 針對(duì)定速型鼠籠發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)方案開(kāi)始采用。但是定速型 鼠籠發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)也很明顯。 5 風(fēng)力發(fā)電的 并網(wǎng)方式 上世紀(jì)八十年代的大型風(fēng)機(jī)通常采用帶有升速齒輪箱的定速型鼠籠式異步發(fā)電機(jī)。中國(guó) “十一五 ”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目 “大功率風(fēng)電機(jī)組研制與示范 ”支持 ~、 以上雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的研制； ~、 以上直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的研制； 以上風(fēng)電機(jī)組葉片、齒輪箱、雙饋式發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)的研制及產(chǎn) 業(yè)化； 以上雙饋式風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)及變流器、直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)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(chǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究；近海風(fēng)電機(jī)組安裝及維護(hù)專用設(shè)備的研制；大型風(fēng)電機(jī)組相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定及風(fēng)電技術(shù)發(fā)展分析等 16 個(gè)課題的研究 [10]。與 20xx 年累計(jì)裝機(jī) 萬(wàn) kW 相比， 20xx 年累計(jì)裝機(jī)增長(zhǎng)率為 %。 截至 20xx 年底，中國(guó)除臺(tái)灣省外累計(jì)風(fēng)電機(jī)組 1864 臺(tái)，裝機(jī)容量 萬(wàn) kW，風(fēng)電場(chǎng) 62 個(gè)。 5 年中國(guó)除臺(tái)灣省外新增風(fēng)電機(jī)組 592臺(tái)，裝機(jī)容量 萬(wàn) kW。 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀，根據(jù)國(guó)家氣象科學(xué)院的估算，我國(guó)陸地地面 10 米高度層風(fēng)能的理論可開(kāi)發(fā)量為 32 億 kW，實(shí)際可開(kāi)發(fā)量為 億 kW。報(bào)告聲明這份文件不是預(yù)測(cè)，而是從世界風(fēng)能資源、世界電力需求的增長(zhǎng)和電網(wǎng)容量、風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)和潛在的增長(zhǎng)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(dá)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(zhǎng)率為 48%[5]。 20xx 年世界風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量最多的十個(gè)國(guó)家，前十名合計(jì) ，約占世界總裝機(jī)容量的 %。 國(guó)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(jī)組已在世界上 40 多個(gè)國(guó)家陸地和近海并網(wǎng)運(yùn)行，風(fēng)電增長(zhǎng)率比其它電源增長(zhǎng)率高的趨勢(shì)仍然繼續(xù)?？梢宰龅斤L(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的直接禍合，省去變速箱，減少了維護(hù)問(wèn)題，由此可以提高可靠性，減小系統(tǒng)噪聲，降低維護(hù)成本，而且風(fēng)機(jī)可以在低風(fēng)速狀態(tài)下運(yùn)行，風(fēng)能利用率高，因此具有很大發(fā)展前景。其優(yōu)點(diǎn)是在并網(wǎng)時(shí)沒(méi)有電流沖擊，對(duì)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響 。雙饋發(fā)電系統(tǒng)由于電機(jī)結(jié)構(gòu)限制，仍然存在著高傳輸比的齒輪傳輸機(jī)構(gòu)和滑環(huán)，不可避免機(jī)械的維護(hù)問(wèn)題，并且電機(jī)系統(tǒng)控制復(fù)雜。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于電網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，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(jī)的電壓和頻率都太低而不能將其傳送到電網(wǎng)上去，此時(shí)，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(jī)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(shí)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(shì)有以下兩種電機(jī) :雙饋電機(jī)和永磁同步電機(jī)。如交 一 直 一 交系統(tǒng)、磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、 雙 極式發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等，這 些變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)有的是發(fā)電機(jī)與電力電子裝置相結(jié)合實(shí)現(xiàn)變速恒頻的，有的是通過(guò)改造發(fā)電機(jī)本身結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)變速恒頻的。目前新安裝的風(fēng)機(jī)均為變速恒頻風(fēng) 3 電系統(tǒng)，其中的主流機(jī)型是直驅(qū)多極同步發(fā)電機(jī)交流 /直流 /交流系統(tǒng)和雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。恒速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從而得到頻率恒定的電能 。風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)械能的部件，由槳葉和輪般組成，是風(fēng)電機(jī)最主要的部件。在可預(yù)計(jì)的將來(lái)，風(fēng)力發(fā)電的成本將會(huì)進(jìn)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(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。在過(guò)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(guó)外一些大公司如 Vestas， GE，SiemensWind， Enercon 己開(kāi)發(fā)出 ~6Mw 的樣機(jī)，但從技術(shù)成熟等角度而言， 2MW 等級(jí)的風(fēng)機(jī)仍然最具有市場(chǎng)前景。風(fēng)能己成為一種重要的可再生能源。運(yùn)行可靠性從 20 世紀(jì)80 年代初的 50%，提高到 98%以上，并且在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制 。隨著槳葉空氣動(dòng)力學(xué)、材料、發(fā)電機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)容量從最初的數(shù)十千瓦級(jí)發(fā)展到最近進(jìn)入市場(chǎng)的兆瓦級(jí)機(jī)組 。從 20 世紀(jì) 70 年代中期，第一次石油危機(jī)之后開(kāi)始受到世界各國(guó)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(jì)上更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因而發(fā)展迅速。電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和微 2 電子技術(shù)等相結(jié)合進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)和社會(huì)效益?？梢?jiàn)，能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題困擾世界的同時(shí)也給諸多科技領(lǐng)域施加了動(dòng)力并提供了廣闊的市場(chǎng)。可以預(yù)計(jì) :可再生能源大規(guī)模應(yīng)用將是 21 世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。而地球不可再生能源，如石油、煤炭等，隨著過(guò)量開(kāi)發(fā)利用也日趨短缺，并造成了較為嚴(yán)重的污染。但由于對(duì)運(yùn)行工況的認(rèn)識(shí)不足， 對(duì)變槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的要求，更達(dá)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(jī)組的主要控制是在起動(dòng)時(shí)對(duì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并網(wǎng)后對(duì)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(shuō)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究和進(jìn)行這方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)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(shí)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................. 3 風(fēng)力發(fā)