第一篇：并網型風力發電機組的調節控制-經典教程-可持續發展

隨著計算機技術與先進的控制技術應用到風電領域，并網運行的風力發電控制技術得到了較快發展，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發展，甚至向智能型控制發展。作為風力資源較為豐富的國家之一，我國加快了風電技術領域的自主開發與研究，兆瓦級變速恒頻的風力發電機組國產化已列入國家“863”科技攻關頂目。本文針對當前并網型風力發電機組的幾種功率凋節控制技術進行了介紹。

l 定槳距失速調節型風力發電機組

定槳距是指槳葉與輪載的連接是固定的，槳距角固定不變，即當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當風速高于額定風速69，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產生渦流，效率降低，來限制發電機的功率輸出。為了提高風電機組在低風速時的效率，通常采用雙速發電機（即大/小發電機）。在低風速段運行的，采用小電機使槳葉具有較高的氣動效率，提高發電機的運行效率。失速調節型的優點是失速調節簡單可靠，當風速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調節而控制系統不作任何控制，使控制系統大為減化。變槳距調節型風力發電機組

變槳距是指安裝在輪載上的葉片通過控制改變其槳距角的大小。其調節方法為：當風電機組達到運行條件時，控制系統命令調節槳距角調到45”，當轉速達到一定時，再調節到0“，直到風力機達到額定轉速并網發電；在運行過程中，當輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調節；當發電機輸出功率達到額定功率以后，調節系統根據輸出功率的變化調整槳距角的大小，使發電機的輸出功率保持在額定功率。隨著風電控制技術的發展，當輸出功率小于額定功率狀態時，變槳距風力發電機組采用OptitiP技術，即根據風速的大小，調整發電機轉差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比，優化輸出功率。變槳距調節的優點是槳葉受力較小，槳葉做的較為輕巧。槳距角可以隨風速的大小而進行自動調節，因而能夠盡可能多的吸收風能轉化為電能，同時在高風速段保持功率平穩輸出。缺點是結構比較復雜，故障率相對較高。主動失速調節型風力發電機組

將定槳距失速調節型與變槳距調節型兩種風力發電機組相結合，充分吸取了被動失速和槳距調節的優點，槳葉采用失速特性，調節系統采用變槳距調節。在低風速肘，將槳葉節距調節到可獲取最大功率位置，槳距角調整優化機組功率的輸出；當風力機發出的功率超過額定功率后，槳葉節距主動向失速方向調節，將功率調整在額定值以下，限制機組最大功率輸出，隨著風速的不斷變化，槳葉僅需要微調維持失速狀態。制動剎車時，調節槳葉相當于氣動剎車，很大程度上減少了機械剎車對傳動系統的沖擊。主動失速調節型的優點是其言了定獎距失速型的特點，并在此基礎上進行變槳距調節，提高了機同頻率后并入電網。機組在葉片設計上采用了變槳距結構。其調節方法是：在起動階段，通過調節變槳距系統控制發電機轉速，將發電機轉速保持在同步轉速附近，尋找最佳并網時機然后平穩并網；在額定風速以下時，主要調節發電機反力轉矩使轉速跟隨風速變化，保持最佳葉尖速比以獲得最大風能；在額定風速以上時，采用變速與槳葉節距雙重調節，通過變槳距系統調節限制風力機獲取能量，保證發電機功率輸出的穩定性，獲取良好的動態特性；而變速調節主要用來響應快速變化的風速，減輕槳距調節的頻繁動作，提高傳動系統的柔性。變速恒頻這種調節方式是目前公認的最優化調節方式，也是未來風電技術發展的主要方向。變速恒頻的優點是大范圍內調節

運行轉速，來適應因風速變化而引起的風力機功率的變化，可以最大限度的吸收風能，因而效率較高；控制系統采取的控制手段可以較好的調節系統的有功功率、無功功率，但控制系統較為復雜。

第二篇：風力發電機組并網技術

風力發電機組并網技術

20世紀90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等學者對雙饋電機在變速恒頻風力發電系統中的應用進行了理論、仿真分析和試驗研究，為雙饋電機在風力發電系統中的應用打下了理論基礎。同時，電力電子技術和計算機技術的高速發展，使得采用電力電子元件(IGBT等)和脈寬調制(PWM)控制的變流技術在雙饋電機控制系統中得到了應用，這大大促進了雙饋電機控制技術在風電系統中的應用。八十年代以后，功率半導體器件發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展，加速了雙饋電機在工業領域的應用步伐。近十年來是雙饋電機最重要的發展階段，變速恒頻雙饋風力發電機組已由基本控制技術向優化控制策略方向發展。其勵磁控制系統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電系統的勵磁控制。

為了改善發電系統的性能，國內外學者對變速恒頻雙饋發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電系統控制技術的研究，但大多數研究還僅限于實驗室，只有部分研究成果在中，在小型風力發電機的勵磁控制系統中得到應用。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電系統勵磁控制技術研究以外，變速恒頻雙饋風力發電系統還有許多研究熱點包括:

(I)風力發電系統的軟并網軟解列研究

軟并網和軟解列是目前風力發電系統的一個重要部分。一般的，當電網容量比發電機的容量大得多的時候，可以不考慮發電機并網的沖擊電流，鑒于目前并網運行的發電機組已經發展到兆瓦級水平，所以必須要限制發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電系統應用的研究

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電領域的一個重要研究方向，在雙饋異步風力發電系統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帶來了一些不便。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電機和逆變器之間連線消除，降低了系統成本，增強了控制系統的抗干擾性和可靠性。

(3)電網故障狀態下風力發電系統不間斷運行等方面

并網型雙饋風力發電機系統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電機的不間斷運行。電網發生突然跌落時，發電機將產生較高的瞬時電磁轉矩和電磁功率，可能造成發電機系統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持續運行控制策略的研究是目前研究焦點問題之一。

此外，雙饋風力發電系統的頻率穩定以及無功極限方面也是目前研究的熱點。

在大型風力發電系統運行過程中，經常需要把風力發電機組接入電力系統并列運行。發電機并網是風力發電系統正常運行的“起點”，也是整個風力發電系統能夠良好運行的前提。其主要要求是限制發電機在并網時的瞬變電流，避免對電網造成過大的沖擊，并網過程是否平穩直接關系到含風電電網的穩定性和發電機的安全性。當電網的容量比發電機的容量大的多(大于25倍)的時候，發電機并網時的沖擊電流可以不考慮。但風力發電機組的單機容量越來越大，目前己經發展到兆瓦級水平，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的解列以及威脅其它發電機組的正常運行。

因此必須通過合適的發電機并網方式來抑制并網沖擊電流。

目前，實現發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電機在達到額定轉速時并入電網，隨即給發電機加上勵磁，接著轉子被拉入同步。自同期方式由于當發電機合閘時，沖擊電流較大，母線電壓跌落較多而很少采用。因此，現在發電機的主要并網方式為準同期方式，它能控制發電機快速滿足準同期條件，從而實現準確、安全并網。

異步風力發電機組并網

異步發電機投入運行時，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。隨著風力發電機組電機容量的不斷增大，這種沖擊電流對發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，從而導致異步發電機根本不能并網。另外，異步發電機還存在著本身不能輸出無功功率、需要無功補償、過高的系統電壓會造成發電機磁路飽和等問題。

目前，國內外采用異步發電機的風力發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電機的相序與電網的相序相同，當風力機驅動的異步發電機轉速接近同步轉速(90%一100%)時即可完成自動并網，見圖(2-6)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，會引起電力系統電壓的瞬時下降。這種并網方式只適合用于發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電機電壓和頻率進行調節和校正，使其與系統同步。當發電機的電壓、頻率、相位與系統一致時，將發電機投入電網運行，見圖(2-7)所示。采用這種方式，若按傳統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，在發電機進入穩態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，來對發電機的輸入電壓進行調節。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2-9所示。

接入雙向晶閘管的目的是將發電機并網瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內。圖(2-9)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:當風力發電機組接收到由控制系統微處理機發出的啟動命令后，先檢查發電機的相序與電網的相序是否一致，若相序正確，則發出松閘命令，風力發電機組開始啟動；當發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，異步發電機即通過晶閘管平穩地并入電網，隨著發電機轉速的繼續升高，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。在發電機并網后，應立即在發電機端并入補償電容，將發電機的功率因數(cos }p)提高到0.95以上。由于風速變化的隨機性，在達到額定功率前，發電機的輸出功率大小是隨機變化的，因此對補償電容的投入與切除也需要進行控制，一般是在控制系統中設有幾組容量不同的補償電容，根據輸出無功功率的變化，控制補償電容的分段投入或切除。這種并網方法的特點是通過控制晶閘管的導通角，來連續調節加在負載上的電壓波形，進而改變負載電壓的有效值。目前，采用晶閘管軟切入裝置((SOFT CUT-IN)已成為大型異步風力發電機組中不可缺少的組成部分，用于限制發電機并網以及大小電機切換時的瞬態沖擊電流，以免對電網造成過大的沖擊。

晶閘管軟并網技術雖然是目前一種較為先進的并網方法，但它也對晶閘管器件以及與之相關的晶閘管觸發電路提出了嚴格的要求，即晶閘管器件的特性要一致、穩定以及觸發電路可靠，只有發電機主回路中的每相的雙向晶閘管特性一致，并且控制極觸發電壓、觸發電流一致，全開通后壓降相同，才能保證可控硅導通角在0度到180度范圍內同步逐漸增大，才能保證發電機三相電流平衡，否則會對發電機

不利。

適合交流勵磁雙饋風力發電機組的并網技術

目前，適合交流勵磁雙饋風力發電機組的并網方式主要是基于定子磁鏈定向矢量控制的準同期并網控制技術，包括空載并網方式，獨立負載并網方式，以及孤島并網方式。另外，對于垂直軸型的雙饋機組，由于不能自動起動，所以必須采用“電動式”并網方式。下面對各種并網方式的實現原理分別給予了簡要介紹。

(1)空載并網技術

所謂空載并網就是并網前雙饋發電機空載，定子電流為零，提取電網的電壓信息(幅值、頻率、相位)作為依據提供給雙饋發電機的控制系統，通過引入定子磁鏈定向技術對發電機的輸出電壓進行調節，使建立的雙饋發電機定子空載電壓與電網電壓的頻率、相位和幅值一致。當滿足并網條件時進行并網操作，并網成功后控制策略從并網控制切換到發電控制。如圖(2-10)所示。

（2)獨立負載并網技術

獨立負載并網技術的基本思路為:并網前雙饋電機帶負載運行(如電阻性負載)，根據電網信息和定子電壓、電流對雙饋電機和負載的值進行控制，在滿足并網條件時進行并網。獨立負載并網方式的特點是并網前雙饋電機已經帶有獨立負載，定子有電流，因此并網控制所需要的信息不僅取自于電網側，同時還取自于雙饋電機定子側。

負載并網方式發電機具有一定的能量調節作用，可與風力機配合實現轉速的控制，降低了對風力機調速能力的要求，但控制較為復雜。

(3)孤島并網方式

孤島并網控制方案可分為3個階段。第一階段為勵磁階段，見圖(2-12)所示，從電網側引入一路預充電回路接交—直—交變流器的直流側。預充電回路由開關K1、預充電變壓器和直流充電器構成。

當風機轉速達到一定轉速要求后，K1閉合，直流充電器通過預充電變壓器給交—直—交變流器的直流側充電。充電結束后，電機側變流器開始工作，供給雙饋電機轉子側勵磁電流。此時，控制雙饋電機定子側電壓逐漸上升，直至輸出電壓達到額定值，勵磁階段結束。

第二階段為孤島運行階段。首先將Kl

斷開，然后啟動網側變流器，使之開始升壓運行，將直流側

升壓到所需值。此時，能量在網側變流器，電機側變流器以及雙饋電機之間流動，它們共同組成一個孤島運行方式。

第三階段為并網階段。在孤島運行階段，定子側電壓的幅值、頻率和相位都與電網側相同。此時閉合開關K2，電機與電網之間可以實現無沖擊并網。并網后，可通過調節風機的槳距角來增加風力機輸入能量，從而達到發電的目的。

(4)“由動式”并網方式

前面介紹的幾種并網方式都是針對具有自起動能力的水平軸雙饋風力發電機組的準同期并網方式，對于垂直軸型的雙饋機組(又稱達里厄型風力機)由于不具備自啟動能力，風力發電機組在靜止狀態下的起動可由雙饋電機運行于電動機工況來實現。

如圖(2-13)所示，為實現系統起動在轉子繞組與轉子側變頻器之間安裝一個單刀雙擲開關K3，在進行并網操作時，首先操作K3將雙饋發電機轉子經電阻短路，然后閉合K1連接電網與定子繞組。在電網電壓作用下雙饋電機將以感應電動機轉子串電阻方式逐漸起動。通過調節轉子串電阻的大小，可以提高起動轉矩減小起動電流，從而緩解機組起動過程的暫態沖擊。當雙饋感應發電機轉速逐漸上升并接近同步轉速時，轉子電流將下降到零。在此條件下，操作K3斷開串聯電阻后將轉子繞組與轉子側變頻器相連接，同時觸發轉子側變頻器投入勵磁。最后在成功投入勵磁后，調節勵磁使雙饋發電機迅速進入定子功率或轉速控制狀態，完成機組起動過程。

這種并網方式實現方法簡單，通過適當的順序控制就能夠實現不具備自起動能力的雙饋發電機組的起動與并網的需要，如果電機轉子側安裝有“CrowBarProtection”保護裝置，則通過控制器投切“CrowBar Protection”就可以實現系統的起動與準同期并網。

空載并網方式并網前發電機不帶負載，不參與能量和轉速的控制，所以為了防止在并網前發電機的能量失衡而引起的轉速失控，應由原動機來控制發電機組的轉速。獨立負載并網方式并網前接有負載，發電機參與原動機的能量控制，表現在一方面改變發電機的負載，調節發電機的能量輸出，另一方面在負載一定的情況下，改變發電機轉速的同時，改變能量在電機內部的分配關系。前一種作用實現了發電機能量的粗調，后一種實現了發電機能量的細調。可以看出，空載并網方式需要原動機具有足夠的調速能力，對原動機的要求較高;獨立負載并網方式，發電機具有一定的能量調節作用，可與原動機配合實現轉速的控制，降低了對原動機調速能力的要求，但控制復雜，需要進行電壓補償和檢測更多的電壓、電流量。孤島并網方式是一種近年來才提出的比較新穎的一種并網方式，在并網前形成能量回路，轉子變換器的能量輸入由定子提供，降低了并網時的能量損耗。

其中空載并網方式由于具有控制策略簡單，控制效果好，而在實際機組中廣泛采用，而負載并網方式、孤島并網方式以及“電動式”并網方式由于存在控制系統較為復雜，系統穩定性差等缺點目前仍然停留在理論探索階段。

雙饋發電機并網控制與功率控制的切換

雙饋風力發電系統并網控制的目的是對發電機的輸出電壓進行調節，使建立的DFIG的定子空載電壓與電網電壓的幅值、頻率、和相位保持一致，當滿足并網條件時進行并網操作，并網成功后進行最大風能追蹤控制

.并網成功后一方面變槳距系統將槳葉節距角置于0以獲得最佳風能利用系數，與此同時轉子勵磁系統開始進行最大功率點跟蹤(Maximum Power pointTracking,MPPT)控制，以捕獲最大風能。并網切換前后控制策略有較大差異，如果直接切換，則控制系統重新從零開始調節，必然引起轉子電壓的突變，從而造成并網瞬間系統產生振蕩，這種振蕩可能短時間內使系統輸出有很大的偏差，致使控制量超過系統可能的最大允許范圍，容易造成發電機損壞，而這在實際的并網過程中是十分不利的。為此，要達到發電機順利、安全并網的目的還必須實現控制策略的無擾切換，使轉子輸出電壓平穩的過渡到新的穩定狀態。

雙饋發電機的解列控制

基于雙饋電機的變速恒頻風力發電系統，在風速達到最低啟動風速(切入風速)后開始進行并網控制使空載定子電壓跟隨電網電壓，風電機組平穩的并入電網，運行發電。在風力機并入電網后會根據風速大小的不同實施不同的控制策略，包括MPPT控制、恒轉速控制及恒功率控制。當高于停機風速(切出風速)時，便會將風機從電網中切出，即解列控制。解列控制的要求是在斷網瞬間定子電流為零。由于在斷網前雙饋電機實施恒功率控制，所以在解列控制中一方面要通過變槳距系統將槳葉節距角刀調至90，即順槳狀態，以減少風輪吸收的機械能降低轉子的轉速，另一方面通過轉子勵磁系統控制轉子電流的轉矩分量和勵磁分量逐漸減小到零，從而使得雙饋電機的定子電流逐漸變化到零，最后在零電流狀態下與電網脫開，完成軟切出過程。oo

第三篇：風力發電機組的并網

風力發電機組的并網

（時間:2007-10-9 23:28:46 共有

來源：風力發電機組的控制技術

當平均風速高于3m/s時，風輪開始逐漸起動；風速繼續升高，當v>4m/s時，機組可自起動直到某一設定轉速，此時發電機將按控制程序被自動地聯入電網。一般總是小發電機先并網；當風速繼續升高到7～8m/s，發電機將被切換到大發電機運行。如果平均風速處于8～20m/s，則直接從大發電機并網。發電機的并網過程，是通過三相主電路上的三組晶閘管完成的。當發電機過渡到穩定的發電狀態后，與晶閘管電路平行的旁路接觸器合上，機組完成并網過程，進入穩定運行狀態。為了避免產生火花，旁路接觸器的開與關，都是在晶閘管關斷前進行的。

(一)大小發電機的軟并網程序

1)發電機轉速已達到預置的切人點，該點的設定應低于發電機同步轉速。

2)連接在發電機與電網之間的開關元件晶閘管被觸發導通(這時旁路接觸器處于斷開狀態)，導通角隨發電機轉速與同步轉速的接近而增大，隨著導通角的增大，發電機轉速的加速度減小。

3)當發電機達到同步轉速時，晶閘管導通角完全打開，轉速超過同步轉速進入發電狀態。

4)進入發電狀態后，晶閘管導通角繼續完全導通，但這時絕大部分的電流是通過旁路接觸器輸送給電網的，因為它比晶閘管電路的電阻小得多。

并網過程中，電流一般被限制在大發電機額定電流以下，如超出額定電流時間持續3.0s，可以斷定晶閘管故障，需要安全停機。由于并網過程是在轉速達到同步轉速附近進行的，這時轉差不大，沖擊電流較小，主要是勵磁涌流的存在，持續30～40ms。因此無需根據電流反饋調整導通角。晶閘管按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°導通角依次變化，可保證起動電流在額定電流以下。晶閘管導通角由0°大到180°完全導通，時間一般不超過6s，否則被認為故障。晶閘管完全導通1s后，旁路接觸器吸合，發出吸合命令1s內應收到旁路反饋信號，否則旁路投入失敗，正常停機。在此期間，晶閘管仍然完全導通，收到旁路反饋信號后，停止觸發，風力發電機組進入正常運行。

(二)從小發電機向大發電機的切換

為提高發電機運行效率，風力發電機采用了雙速發電機。低風速時，小發電機工作，高風速時，大發電機工作。小發電機為6極繞組，同步轉速為43人次瀏覽）無圖

1000r/min，大發電機為4極繞組，同步轉速1500r/min小發電機向大發電機切換的控制，一般以平均功率或瞬時功率參數為預置切換點。例如NEGMicon 750kW機組以10min平均功率達到某一預置值P1或4min平均功率達到預置值P2為切換依據。采用瞬時功率參數時，一般以5min內測量的功率值全部大于某一預置值P1，或lmin內的功率全部大于預置P2值作為切換的依據。

執行小發電機向大發電機的切換時，首先斷開小發電機接觸器，再斷開旁路接觸器。此時，發電機脫網，風力將帶動發電機轉速迅速上升，在到達同步轉速1500r/min附近時，再次執行大小發電機的軟并網程序。

(三)大發電機向小發電機的切換

當發電機功率持續10min內低于預置值P3時,或10min內平均功率低于預置值P4時，將執行大發電機向小發電機的切換。

首先斷開大發電機接觸器，再斷開旁路接觸器。由于發電機在此之前仍處于出力狀態，轉速在1500r/min以上，脫網后轉速將進一步上升。由于存在過速保護和計算機超速檢測，因此，應迅速投入小發電機接觸器，執行軟并網，由電網負荷將發電機轉速拖到小發電機額定轉速附近。只要轉速不超過超速保護的設定值，就允許執行小發電機軟并網。

由于風力機是一個巨大的慣性體,當它轉速降低時要釋放出巨大的能量，這些能量在過渡過程中將全部加在小發電機軸上而轉換成電能，這就必然使過渡過程延長。為了使切換過程得以安全、順利地進行，可以考慮在大發電機切出電網的同時釋放葉尖擾流器，使轉速下降到小發電機并網預置點以下，再由液壓系統收回葉尖擾流器。稍后，發電機轉速上升，重新切人電網。國產FD23—200/40kW風力發電機組便是采用這種方式進行切換的。

NEGMicon750/200kW風力發電機組也是采用這種方式進行切換的。

(四)電動機起動

電動機起動是指風力發電機組在靜止狀態時，把發電機用作電動機將機組起動到額定轉速并切人電網。電動機起動目前在大型風力發電機組的設計中不再進入自動控制程序。因為氣動性能良好的槳葉在風速v>4m／s的條件下即可使機組順利地自起動到額定轉速。

電動機起動一般只在調試期間無風時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使用。電動機起動可使用安裝在機艙內的上位控制器按鈕或是通過主控制器鍵盤的起動按鈕操作，總是作用于小發電機。發電機的運行狀態分為發電機運行狀態和電動機運行狀態。發電機起動瞬間，存在較大的沖擊電流(甚至超過額定電流的10倍)，將持續一段時間(由靜止至同步轉速之前)，因而發電機起動時需采用軟起動技術，根據電流反饋值，控制起動電流，以減小對電網沖擊和機組的機械振動。電動機起動時間不應超出60s，起動電流小于小發電機額定電流的3倍

第四篇：大功率風力發電機組并網控制技術的研究

大功率風力發電機組并網控制技術的研究

摘要：本文綜合了幾種常用風力發電機的并網控制技術，分析比較了它們各自應用于風力發電上的優缺點，并指出風力發電技術今后的發展趨勢為：無刷雙饋發電機將在變速恒頻風力發電系統中得到廣泛應用，最后對在鄱陽湖風力發電機組中應用無刷雙饋發電機的具體案例進行了分析。

關鍵詞：風力發電并網技術無刷雙饋電機

一．引言

近年來，全球化能源危機日趨嚴重，資源短缺和環境惡化，使各國開始重視開發和利用可再生、無污染的能源。風能，是當今可再生的、資源豐富的清潔能源。由于電力電子技術的飛速發展和廣泛應用，使許多新的風力發電系統技術不斷提出，如異步發電機、同步發電機、磁阻電機等，但由于這些系統成本比較高，在增加風能捕獲能力的同時，要求系統增加更多成本，是的額外的捕獲風能變得意義不大。目前，交流勵磁變速恒頻發電技術在理論上是最優化的一種調節技術。此方法通過在雙饋發機轉自側施加三相交流電進行勵磁，來調節勵磁電流的幅值、頻率和相位，使定子側輸出恒頻恒壓。這樣不但可以大大提高能量轉換效率，還能實現有功和無功功率的解耦控制，提高電力系統的調節能力和穩定性。因此，運用該技術進行風力發電系統的并網控制，具有非常重要的意義。

二．風力發電機組的并網控制技術

1.同步發電機組的并網

在并網發電系統中普遍應用的是同步發電機。它在運行中，既能輸出有功功率，又能提供無功功率，輸出的電能質量高，已被電力系統廣泛應用。不過，把它移植到風力發電機組使用時，效果卻不夠理想，這是因為風速隨機變化，作用在轉子上的轉矩很不穩定，使得并網時其調速性能達不到期望的精度，使得并網比較難。圖1為其常見的原理圖。

圖1 同步發電機并網結構圖

2.異步發電機的并網

異步發電機投入運行時，由于靠轉差率來調整負荷，因此對機組的調速精度要求不高，只要轉速接近同步轉速就可并網，而且并網后不會產生震蕩和失步，運行非常穩定。同時也存在一些問題，如直接并網時產生的過大沖擊電流造成電壓大幅度下降，對系統安全運行構成威脅；它本身不發無功功率，需要無功補償等。圖2為其總體發電結構圖。

圖2 異步電機并網結構圖

3.無刷雙饋發電機的并網

無刷雙饋電機（BDFM）作為一種新型電機，結構與運行機理異于傳統電機。它的定子上有兩套級數不同的繞組。一個為功率繞組，直接接電網；另一個為控制繞組，通過雙向變頻器接電網。其轉子結構為籠型結構，無需電刷和滑環，但流過定子勵磁繞組的功率僅為無刷雙饋電機總功率的一小部分。采用無刷雙饋發電機的控制方案后，不僅可實現變速恒頻控制，降低變頻器的容量，還可在矢量控制策略下實現有功和無功的靈活控制，起到無功補償的作用。無刷雙饋發電機取消了電刷和滑環，結構簡單，堅固可靠，適用于風力發電的工作環境，保障了并網后風力發電機組的安全運行。輸出側直接接電網而不經過變頻器，使得并網后的電能質量更好。圖

3為無刷雙饋電機風力發電系統的原理圖。

圖3無刷雙饋電機風力發電系統的原理圖

如上圖所示，無刷雙饋發電機的變速恒頻控制，就是根據風力機轉速的變化相應的控制轉子勵磁電流的頻率，使無刷雙饋發電機輸出的電壓頻率與電網保持一致。傳統的風力發電機組多采用異步發電機，并網時對電網的沖擊大，而無刷雙饋發電機可通過對轉子勵磁電流的控制，實現軟并網，避免并網時發生電流沖擊和電壓波動。在并網前用電壓傳感器分別檢測出電網和發電機功率繞組的頻率、幅值、相位和相序，并通過雙向變流器調節控制繞組的勵磁電流，使功率繞組輸出的電壓與電網相應電壓頻率、幅值和相位一致，這就滿足了自動并網運行。

三．無刷雙饋發電機在鄱陽湖風力發電機組中的應用

1.無刷雙饋發電機的發電系統原理圖

圖4無刷雙饋發電機的發電系統原理圖

由圖4可知，整個發電系統由風機、齒輪箱、無刷雙饋發電機、變換器及其控制構成。其中無刷雙饋發電機和變換器是發電系統的主要部分。

2.變換器電路的結構

圖5為變換器的結構圖。

圖5變換器電路拓撲結構

3.發電系統的網側變換器

圖6為網側變換器的結構圖。

圖6 變換器的結構圖

由圖可知，變流器結構包括6個電力電子開關器件組成的逆變環節、輸出濾波器和其它輔助控制環節。

4.無刷雙饋電機調速系統的仿真

（1）仿真模型的建立

圖7為假想的鄱陽湖風力發電機組調速系統的仿真模型。由該圖可知，本系統是雙閉環串級調速系統，它由速度調節器、電流調節器、觸發電路、速度變換等部分組成，其中整流器和逆變器是主要電能轉換部分。

圖7 無刷雙饋電機的調速系統仿真模型

其中子系統為變流器和電機部分的仿真圖。結構如圖8所示。

圖8變流器及電機的仿真模型

（2）仿真結果

參數設置：假定給定轉速n=1500r/min,轉矩T=15N*m,電壓u=220v交流電。仿真結果如圖9所示。從上到下為轉速n和轉子電流i的波形。由圖可知，在1s時進行了調速，使轉速n下降，轉子電流i基本保持不變。

圖9 仿真結果

四．結論

本文對三種不同的大功率風力發電機組并網控制技術進行了分析，指出了它們各自的優缺點。在此基礎上，提出無刷雙饋發電機將在變速恒頻風力發電領域得到廣泛的應用。最后，假想無刷雙饋發電機在鄱陽湖風力發電機組中的應用，并對此進行了分析，還對無刷雙饋發電機的雙閉環串級調速系統進行了仿真研究。由仿真結果可知，發電機轉速急速上升并趨于穩速運行，在t=1s時另加一突增恒值負載，發電機轉速即可下落，直到與此負載相對應的轉速便穩定運行。這說明系統實際速度能夠實現對給定輸入與擾動輸入信號的良好跟蹤。由于采用PI調節器的轉速—電流雙閉環結構，具有良好的動態過程。

第五篇：WT1500高海拔型風力發電機組

WT1500高海拔型風力發電機組

機型介紹

中國南車在WT1650機型批量運行基礎上，考慮到高原環境下高潮濕、高凝露、空氣密度低、高強度紫外線以及多雷電等特點，結合南車軌道交通產品在高海拔特殊環境下成熟運行(青藏線)的技術經驗，對風電機組進行了大量優化處理與特殊設計。該機型在高海拔環境下保持了優越的低電壓穿越功能、控制及電氣性能，完全滿足電網對整機的要求，是中國南車為高海拔環境量身打造的一款新型風機。技術特點

1.整機系統設計--對變流器、發電機、變槳驅動系統、偏航驅動系統等核心電氣部件的環境適應性設計，對整機控制策略進行了優化設計，保證了風電機組在高海拔地區惡劣環境下的長期、可靠運行；

2.防凝露系統設計--通過大量的設計校核，特殊設計制造的葉片能在保證安全性的前提下最大限度地提高風電機組的發電量；

3.防雷電接地系統設計--高海拔型風電機組的全新的防護系統特別針對高原地區環境：防雷系統嚴格按照國際國內防雷標準進行了全新的設計；

4.防紫外線技術設計--為了更全面的保障高海拔型風電機組的安全運行，葉片、機艙罩、輪轂罩和塔筒均采用新的涂料體系和新的設計方法，完全滿足抗紫外線能力；

散熱系統設計--全新設計了冷卻散熱系統，具有良好的通風散熱性能。