異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制

1、異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制目前，全國(guó)大局部大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組很多都采取異步發(fā)電 機(jī)。 相比于同步發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)不僅有著簡(jiǎn)單的控制裝備， 對(duì)于在并 網(wǎng)時(shí)也沒(méi)有任何嚴(yán)格的頻率以及相角的要求， 易于穩(wěn)定 并網(wǎng)，不易產(chǎn) 生振蕩和失步。但是異步發(fā)電機(jī)采取直接并網(wǎng)時(shí)， 沖擊電流會(huì)高達(dá)電 機(jī)額定電流的 5 至 7 倍，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電網(wǎng)、 發(fā) 電機(jī)以及葉輪等設(shè)備， 甚至可能對(duì)其他聯(lián)網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行造成 影響，引起電力系統(tǒng)的癱瘓。 所以，采用適宜的并網(wǎng)方式降低并 網(wǎng)沖擊電流顯得非常重要。 迄今為 止，世界上主要有直接并網(wǎng)法、 降壓并網(wǎng)法、 準(zhǔn)同期并網(wǎng)法以及可控 硅軟并網(wǎng)等幾種異步風(fēng)力發(fā) 電機(jī)并網(wǎng)方式。其中，直

2、接并網(wǎng)方法操作 簡(jiǎn)單，但對(duì)電網(wǎng)傷害較 大，會(huì)引起電力系統(tǒng)電壓瞬時(shí)降低， 一般只在 異步發(fā)電機(jī)容量在 百千瓦級(jí)以下時(shí)使用。 降壓并網(wǎng)方法需增置大功率 電阻或電抗組 件，投資隨容量的增大而增大，經(jīng)濟(jì)性較差。準(zhǔn)同期并 網(wǎng)方法需 增置高精度的調(diào)速器和整步、同期設(shè)備，經(jīng)濟(jì)性較差，且并 網(wǎng)消 耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 而可控硅軟并網(wǎng)方法很大程度的降低了機(jī)組并網(wǎng)時(shí) 的損耗，因?yàn)樵摲椒〞?huì)得到一個(gè)不會(huì)出現(xiàn)沖擊電流的平穩(wěn)并網(wǎng)過(guò) 程， 提高風(fēng)電機(jī)組的使用時(shí)長(zhǎng)和可靠性， 是目前應(yīng)用較為廣泛的 風(fēng)電并網(wǎng) 方式之一。1 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)原理在風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)時(shí)靠近同步速時(shí)，異步發(fā)電機(jī)可能會(huì) 經(jīng)歷一點(diǎn)瞬態(tài)過(guò)渡過(guò)程， 過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生

3、瞬態(tài)沖擊電流， 與其值大 小有關(guān) 系的參數(shù)包括：發(fā)電機(jī)參數(shù)、并網(wǎng)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)磁通飽和 水平以及并 網(wǎng)瞬間電壓相位角等。 直接并網(wǎng)時(shí)所也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過(guò) 渡過(guò)程電流，電 流值為：電機(jī)并入電網(wǎng)的時(shí)候， 定子繞組中所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)交流分量 i0sin？ 棕 t+ ？琢開(kāi)始產(chǎn)生，產(chǎn)生的電磁力使動(dòng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始旋 轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)在靠 近同步轉(zhuǎn)速并網(wǎng)的時(shí)候， i0 約等于電機(jī)空載時(shí) 的電流。并入電網(wǎng)的瞬 間，定子繞組磁鏈會(huì)保持原來(lái)的零狀態(tài)， 依據(jù)磁鏈?zhǔn)睾阍恚?因?yàn)檗D(zhuǎn) 子的短路繞組中所產(chǎn)生了衰減的直流 分量，導(dǎo)致產(chǎn)生了磁場(chǎng)將切割定 子繞組， 并且產(chǎn)生了衰減的暫態(tài) 交流分量 。暫態(tài)交流分量 ia 與電抗 成反比，與電壓成正比

4、。此 時(shí)，并入電網(wǎng)的一瞬間，定子繞組產(chǎn)生的 衰減直流分量 ，用來(lái) 控制電網(wǎng)中電壓所產(chǎn)生的磁通， id 與電機(jī)并網(wǎng) 的瞬間定子氣隙 磁勢(shì)波形和氣隙均勻度有關(guān)， 與電網(wǎng)電壓和暫態(tài)電抗 成正、 反比， 另外異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)瞬態(tài)沖擊電流的峰值還與并網(wǎng)瞬 間的電 網(wǎng)電壓相位角相關(guān)，在相位角至為？茲= ？漬±？仔 /2 時(shí)，沖擊 電流到達(dá)最大，？茲 = ？漬沖擊電流值最小。2 軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì) 在文章中，三對(duì)反并聯(lián)晶閘管及其 保護(hù)電路構(gòu)成了異步風(fēng)電 機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的主電路。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速 與同步轉(zhuǎn)速接近時(shí)， 雙向晶閘管逐漸導(dǎo)通， 因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的接觸器閉合 的瞬間觸發(fā)脈沖 控制了雙向晶閘管。

5、 在次同步轉(zhuǎn)速階段， 即晶閘管 在開(kāi)始導(dǎo)通的 起始時(shí)刻，在電網(wǎng)與葉輪的共同拖動(dòng)下電機(jī)處于電動(dòng)運(yùn) 行狀態(tài)， 此刻電機(jī)轉(zhuǎn)速立刻增加， 其滑差值趨于零的速度漸漸變快。當(dāng)以 到達(dá)零值， 晶閘管將會(huì)完全導(dǎo)通， 并入電網(wǎng)后沖擊電流將會(huì)縮 小 在不大的范圍之內(nèi)， 從而得到一個(gè)相對(duì)平滑的并網(wǎng)過(guò)程。 一旦發(fā) 電 機(jī)開(kāi)始輸出功率， 雙向晶閘管將會(huì)主動(dòng)關(guān)閉觸發(fā)脈沖， 發(fā)電機(jī) 所輸 出的電流不再經(jīng)雙向晶閘管， 而通過(guò)已閉合的自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn) 流向電網(wǎng)。 至此，并網(wǎng)控制結(jié)束，風(fēng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電運(yùn)行控制階段。控制系統(tǒng)采用屬于 CPU 系統(tǒng)的 DSP 系統(tǒng)內(nèi)所有的啟動(dòng)、停 止以 及并網(wǎng)方式都要受到 ARM 勺控制，并網(wǎng)時(shí)的命令主要由

6、主控 制器下 達(dá)。上位機(jī)ARMA用的是因特爾公司的 Pxa270, CPU 選用TI公司的 TMS320F2812 芯片。由三組反向并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成軟 并網(wǎng)局部， 而 電機(jī)定子端的交流電壓是由晶閘管的開(kāi)啟邏輯來(lái)控 制。軟并網(wǎng)過(guò)程中程序流程可以簡(jiǎn)要作如下闡述： 系統(tǒng)自檢初始 化， 而后采集電網(wǎng)的電壓與頻率決定是否并網(wǎng)。假設(shè)是，閉合并網(wǎng) 接觸器以 及電機(jī)側(cè)接觸器， 設(shè)定初始角與移動(dòng)步長(zhǎng)， 啟動(dòng)定時(shí)器 并確認(rèn)晶閘 管是否導(dǎo)通。假設(shè)是，那么報(bào)告ARM 并網(wǎng)成功。3 異步電機(jī)并網(wǎng)仿真文章運(yùn)用 Matlab 2021a 對(duì)該軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。其 中， 發(fā)電機(jī)額定電壓 690V, 額定電流 683A,

7、 定子頻率 50Hz, 額 定功率 750kW 額定轉(zhuǎn)速 1518r/min ，級(jí)數(shù)為四級(jí)。當(dāng)風(fēng)速到達(dá) 15m/s 時(shí)，異 步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的平均速度可達(dá)約 1475r/min 。此時(shí) 進(jìn)行并網(wǎng)，那么瞬時(shí) 電流峰值可達(dá) 4800A ; 采用晶閘管軟并網(wǎng)系統(tǒng) 所控制，并網(wǎng)時(shí)的最大 電流低于 800A, 經(jīng)過(guò) 0.5s 后，電流恢復(fù) 穩(wěn)定。這樣便將并網(wǎng)沖擊電流有效地限制在額定值的 1.5 倍左 右，上下幅度不超過(guò) 17% ，滿足預(yù)期 的并網(wǎng)要求。Matlab 平臺(tái)上的軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)仿真結(jié)果還說(shuō)明：自并網(wǎng) 開(kāi)始到 電機(jī)到達(dá)同步轉(zhuǎn)速的過(guò)程中， 晶閘管導(dǎo)通速度過(guò)快或者晶 閘管導(dǎo)通角 的增大都可能會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。 因而， 在此過(guò) 程中應(yīng)控制好 導(dǎo)通角步長(zhǎng)及持續(xù)時(shí)間。 此外， 為了有效的對(duì)軟并 網(wǎng)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行 控制， 在電機(jī)自身轉(zhuǎn)速與并網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速值較為接 近時(shí)， 應(yīng)該令晶閘 管處于完全導(dǎo)通的狀態(tài)， 以便電機(jī)自身轉(zhuǎn)速與 同步轉(zhuǎn)速同步，保持并 網(wǎng)電流穩(wěn)定。4 結(jié)束語(yǔ)文章針對(duì)大型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 對(duì)風(fēng)力