永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)研究中級(jí)職稱

1、晉升中級(jí)職稱論文永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)研究單位：哈飛工業(yè)下屬單位：風(fēng)電公司姓名：林志強(qiáng)2011年8月17日目錄第一章 緒論- 1 -1.1 風(fēng)力機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)及發(fā)電系統(tǒng)的一般要求- 1 -恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)- 1 -變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)- 2 -1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展- 4 -第二章 變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制技術(shù)- 6 -2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)組成- 6 -2.2葉尖速比理論- 6 -2.3變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)- 7 -起動(dòng)狀態(tài)- 8 -欠功率狀態(tài)- 8 -額定功率狀態(tài)- 8 -第三章 永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)- 10 -3.1永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成- 10 -3.2永磁

2、同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性- 10 -3.3全功率變頻器- 11 -全功率變頻器整流電路- 12 -全功率變頻器逆變電路- 13 -第四章 永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電機(jī)系的轉(zhuǎn)速控制- 14 -4.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制- 14 -4.2最大功率點(diǎn)跟蹤控制方案- 14 -第五章 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)未來(lái)展望- 17 -5.1風(fēng)場(chǎng)的選址- 17 -5.2風(fēng)電機(jī)組技術(shù)- 17 -5.3風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)- 17 -參考文獻(xiàn)- 19 -第一章 緒論隨著全球常規(guī)能源的逐步衰竭，節(jié)能和可再生能源的利用成為了熱門課題。風(fēng)能作為一種潔凈的可再生能源受到了人們的青睞。然而傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電（是風(fēng)能的主要利用形式）系統(tǒng)對(duì)風(fēng)能的利用并不充分，造

3、成了一定風(fēng)能資源的浪費(fèi)。針對(duì)過(guò)去恒速恒頻發(fā)電方式的不足，各國(guó)學(xué)者開始研究各種變速恒頻的發(fā)電策略。變速恒頻發(fā)電方式的主要優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)不同的風(fēng)速調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使風(fēng)力機(jī)能捕捉到最大的風(fēng)能。1.1 風(fēng)力機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)及發(fā)電系統(tǒng)的一般要求風(fēng)力發(fā)電包括了由風(fēng)能到機(jī)械能和由機(jī)械能到電能兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)承擔(dān)了后一種能量轉(zhuǎn)換任務(wù)，它不僅直接影響這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的性能、效率和供電質(zhì)量，而且也影響到前一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的運(yùn)行方式、效率和裝置結(jié)構(gòu)。因此，研制和選用適合于風(fēng)能轉(zhuǎn)換用的、運(yùn)行可靠、效率高、控制及供電性能良好的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要部分。風(fēng)速和風(fēng)向是隨機(jī)變化的，為了高效轉(zhuǎn)化風(fēng)能，要求葉輪

4、轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速相應(yīng)變化，保持最佳的葉尖速比。恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是較簡(jiǎn)單的一種，一般都采用普通異步發(fā)電機(jī)作為主要發(fā)電單元。另一種是變速橫頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，這是20世紀(jì)70年代中期以偶逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。葉輪可以變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，可以在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近幾乎恒定的最佳葉尖速比，從而提高了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率，從風(fēng)中獲取的能量可以比橫轉(zhuǎn)速風(fēng)力機(jī)高得多。1.1.1恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，發(fā)電機(jī)一般采用普通工業(yè)異步電機(jī)，如圖1.1所示：圖1.1 恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)1.1.2變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)在于葉輪以變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，可以在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定

5、的最佳葉尖速比，從而提高了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率，此外，這種風(fēng)力機(jī)在結(jié)構(gòu)上和使用中還有很多的優(yōu)越性，利用電力電子裝置是實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速運(yùn)行最佳化的最好方法之一。變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制通常是靠變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)發(fā)電機(jī)形式的不同，其并網(wǎng)方式也有所不同。因此，變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)按照發(fā)電機(jī)的種類不同也可以把變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)分為雙饋式、直驅(qū)式、半直驅(qū)式三種。.1雙饋式變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋式發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般都采用雙饋異步發(fā)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)相連， 變頻器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)相連。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)通過(guò)變頻器從電網(wǎng)吸收功率，當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)通過(guò)變頻器

6、向電網(wǎng)輸送功率。所以變頻器功率僅為發(fā)電機(jī)功率的1/3。圖1.2 雙饋式變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)1.1.2.2直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)直驅(qū)式風(fēng)機(jī)一般都采用永磁同步發(fā)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)無(wú)齒輪箱所以它具有傳動(dòng)效率高，發(fā)電機(jī)輸出功率全部經(jīng)過(guò)變頻器后并入電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)輸出不穩(wěn)定頻率的電能經(jīng)過(guò)變頻器后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定頻率的電能，變頻器功率等同于發(fā)電機(jī)功率。圖1. 3 直驅(qū)式變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)1.1.2.3 半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)基于雙饋式風(fēng)機(jī)和直驅(qū)風(fēng)機(jī)各自優(yōu)缺點(diǎn)考慮，人們研發(fā)一種新型的風(fēng)機(jī)，它采用了相對(duì)可靠的一級(jí)行星齒輪和適當(dāng)?shù)脑鏊俦?，這一級(jí)行星齒輪與發(fā)電機(jī)集成在一起，構(gòu)成了發(fā)電機(jī)單元。風(fēng)機(jī)的葉輪和發(fā)電機(jī)單元直

7、接相連接，使風(fēng)機(jī)所用的部件減少，這樣就兼有前面所提到的兩種風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，效率高，同時(shí)可靠性高，可維護(hù)性好。這種新的風(fēng)機(jī)技術(shù)稱為MULTIBRID技術(shù)，即半直驅(qū)風(fēng)機(jī)。MULTIBRID技術(shù)的核心是采用一個(gè)一級(jí)行星增速器與一個(gè)永磁同步低速發(fā)電機(jī)相集成，構(gòu)成一個(gè)發(fā)電單元，一級(jí)行星齒輪的增速比為5-10,降低了發(fā)電機(jī)的輸出扭矩。傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。圖1.4 半直驅(qū)變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，風(fēng)機(jī)正向著大容量、優(yōu)良的發(fā)電質(zhì)量、提高材料利用率、減少噪音、降低成本、提高效率發(fā)展。20世紀(jì)80年代初，商品化的風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量以55kW的

8、小型風(fēng)力機(jī)組為主；20世紀(jì)80年代中期-90年代初期，發(fā)展到以100kW-450kW為主，到20世紀(jì)90年代中后期，則發(fā)展到以500kW-1MW級(jí)的大型風(fēng)力機(jī)組為主。目前，大型風(fēng)力機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電已成為風(fēng)能利用的主要形式。在各類研究中，永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)作為一種極具優(yōu)勢(shì)的方案受到了越來(lái)越多的重視。這是因?yàn)椋?) 永磁同步發(fā)電機(jī)性能好，效率高，無(wú)需勵(lì)磁，與其他類型電機(jī)相比較尺寸小，重量輕；2) 永磁同步發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速可以做到很低，這樣便可與風(fēng)力機(jī)直接耦合，省去了噪聲大、維護(hù)不方便且昂貴的齒輪箱；3) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單，控制方法相對(duì)容易掌握。本文重點(diǎn)以永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)為例，介

9、紹變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制方法。第二章 變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制技術(shù)2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)主要控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各個(gè)階段的轉(zhuǎn)換策略，例如靜止到空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)到正常風(fēng)速下的功率輸出、正常風(fēng)速到颶風(fēng)狀態(tài)的風(fēng)速停機(jī)等。如圖2.1所示為風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)組成。圖2.1風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)組成2.2葉尖速比理論風(fēng)機(jī)葉片吸收風(fēng)能在理論上有個(gè)最大值Cp=0.593，實(shí)際運(yùn)行時(shí)不會(huì)超過(guò)這個(gè)值。從而引入葉尖速比概念：葉尖速比；為葉輪轉(zhuǎn)速；v風(fēng)速。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)得到結(jié)論如圖2.2所示： 功率系數(shù)cP圖2.2 葉尖速比與功率系數(shù)關(guān)系曲線從圖中我們可以看出葉尖速比在68之間風(fēng)機(jī)功率系數(shù)Cp值最大。所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在葉

10、尖速比為6-8之間時(shí)葉輪吸收的風(fēng)能最大。2.3變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變槳系統(tǒng)所起到的作用可分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)狀態(tài)、欠功率狀態(tài)和額定功率狀態(tài)。如圖2.2所示：圖2.2 風(fēng)機(jī)功率與葉片槳角對(duì)應(yīng)關(guān)系2.3.1起動(dòng)狀態(tài)變槳葉輪的槳葉在靜止時(shí)，槳葉角度為90度，這時(shí)氣流對(duì)槳葉不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，整個(gè)槳葉實(shí)際上是一塊阻尼板。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向0度轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)槳葉產(chǎn)生一定的攻角，葉輪開始起動(dòng)。在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)并入電網(wǎng)之前，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)作為速度參考值，使用變槳系統(tǒng)作為控制葉片的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制槳葉的角度，最終實(shí)現(xiàn)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使之平穩(wěn)上升。為了確保

11、并網(wǎng)平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，變槳系統(tǒng)可以在一定時(shí)間內(nèi)，保持發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳時(shí)機(jī)并網(wǎng)。2.3.2欠功率狀態(tài)風(fēng)力發(fā)電機(jī)欠功率狀態(tài)就是風(fēng)機(jī)并網(wǎng)以后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率運(yùn)行狀態(tài)。如圖2.2所示工作區(qū)1。此工作區(qū)域風(fēng)速在切入風(fēng)速與額定風(fēng)速之間變化，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨風(fēng)速在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之間變化。此工作區(qū)變槳系統(tǒng)槳葉角度始終處于0度位置。這時(shí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，其功率輸出完全取決于槳葉的氣動(dòng)效率。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為了改善低風(fēng)速時(shí)槳葉的氣動(dòng)性能，在控制方法上采用了最佳葉尖速比的控制策略。根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)

12、速，使其盡量運(yùn)行在最佳葉尖速比上，以獲取最大的Cp值，從而得到最大的功率輸出。額定功率狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速到達(dá)或超過(guò)額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)。如圖2.2所示工作區(qū)2，發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速且輸出額定功率。在此區(qū)間，控制系統(tǒng)以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為直接控制槳葉角度的變量，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳葉角度以控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定在額定轉(zhuǎn)速附近。 隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，可利用的風(fēng)資源也越來(lái)越少。如今剩下的風(fēng)場(chǎng)大部分都是二類、三類風(fēng)場(chǎng)，而在這種風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)機(jī)大部分的工作時(shí)間都是在欠功率下運(yùn)行，速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越趨明顯，所以變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在目前已經(jīng)成為市場(chǎng)上的主流機(jī)型，而且它還在向著增大單機(jī)容量

13、這個(gè)方向發(fā)展。因此，大風(fēng)機(jī)在欠功率狀態(tài)下對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制顯得尤為重要。第三章 永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)3.1永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般只有直驅(qū)式、半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)才使用永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)無(wú)需勵(lì)磁繞組，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，所以在大風(fēng)機(jī)的制造上顯得十分具有優(yōu)勢(shì)。永磁同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率通常低于50Hz，而且輸出頻率和電壓不恒定，無(wú)法滿足工業(yè)用電要求，所以必須要添加整流逆變器。常見的方案有采用背靠背雙PWM 變流器，如圖3.1所示。變流器把永磁同步機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)變成符合要求的50Hz 交流電饋送回電網(wǎng)。圖3.1 永磁同步機(jī)并網(wǎng)形式葉輪的轉(zhuǎn)速是無(wú)法直接控制的，

14、但葉輪與發(fā)電機(jī)之間都是機(jī)械聯(lián)接，所以只要控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以控制葉片的轉(zhuǎn)速。所以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的目的主要就是控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就是轉(zhuǎn)速控制的主要控制部分。3.2永磁同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性同步發(fā)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)矩平衡向原動(dòng)機(jī)索取機(jī)械功率，再通過(guò)電樞回路的電壓平衡向負(fù)載輸出電功率。1) 轉(zhuǎn)矩平衡 T1原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、T0空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、Te電磁轉(zhuǎn)矩 空載 T1=T0 負(fù)載 T1=T0+ Te2) 電壓平衡=3) 功率平衡原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)載 同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行中必須隨負(fù)載的變化及時(shí)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩T1和勵(lì)磁電流If，以保證轉(zhuǎn)速（頻率）和電壓等于額定值。永磁同步發(fā)電機(jī)由于采用了釹鐵硼作為磁極的磁性材料，所以它沒有

15、勵(lì)磁繞組。永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的定子輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同于普通并網(wǎng)的汽輪發(fā)電機(jī)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，原動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩T1（葉輪從風(fēng)能中獲取的轉(zhuǎn)矩）是不可控的，可控的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)載。風(fēng)速變化時(shí)及時(shí)通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（按設(shè)計(jì)葉尖速比），從而調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)載大小。保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，且按照設(shè)計(jì)的葉尖速比運(yùn)行。3.3全功率變頻器永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般都比較低，且低于工業(yè)上要求的并網(wǎng)頻率50Hz，所以永磁同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行必須要通過(guò)全功率變頻器與電網(wǎng)連接。發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化的交流電，經(jīng)過(guò)IGBT整流電路變?yōu)橹绷?，然后?jīng)過(guò)IGBT逆

16、變電路轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率50Hz的交流電送入電網(wǎng)。同時(shí)變頻器還可以根據(jù)電網(wǎng)要求發(fā)出調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器由整流電路和逆變電路組成，如圖3.2所示：圖3.2 變流器原理圖3.4.1全功率變頻器整流電路整流電路主要作用是控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速及功率因數(shù)。圖3.3為整流電路原理圖圖4.1 整流電路原理圖在整流電路中，C1的電壓大小的變化反映了負(fù)載的變化；發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，負(fù)載為額定負(fù)載；當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，C1電壓降低；當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，C1電壓升高?？刂破鞲鶕?jù)C1電壓的變化及時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出功率，保證發(fā)電機(jī)輸出功率與負(fù)載相匹配。在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)時(shí)變化的量，所以我們控制的目標(biāo)就是控制負(fù)載的變化。根據(jù)葉尖速比

17、的設(shè)計(jì)理念我們得出了風(fēng)機(jī)吸收的最大功率，但這個(gè)功率是隨風(fēng)速變化而變化的?？刂破鞲鶕?jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，改變發(fā)電機(jī)繞組的輸出電流，增加發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，即增加負(fù)載并同時(shí)維持C1電壓穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，負(fù)載增加，C1電壓不變；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，負(fù)載減小，C1電壓不變。3.4.2全功率變頻器逆變電路逆變電路變頻器與電網(wǎng)直接相連，逆變電路將整流電路整定的直流電流轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)下的交流電，并送入電網(wǎng)維持風(fēng)機(jī)穩(wěn)定的向電網(wǎng)輸送電能。逆變電路在變頻器運(yùn)行中先啟動(dòng)，首先將直流環(huán)節(jié)充電，然后將整流電路并入電網(wǎng)，完成了變頻器并網(wǎng)過(guò)程，并網(wǎng)之后建立了圖3.3所示C1電壓。逆變電路啟動(dòng)完成后整流電路啟動(dòng)，并進(jìn)入完整的發(fā)電

18、過(guò)程。永磁電機(jī)采用了全功率變頻器，并沒有發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)直接耦合連接，所以這種并網(wǎng)形式對(duì)電網(wǎng)的影響很小，且電能品質(zhì)相對(duì)較高。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)風(fēng)速在啟動(dòng)風(fēng)速上下頻繁變化時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率介于零功率上下波動(dòng)，全功率變頻器可以仍然與電網(wǎng)相連，這樣就避免了變頻器頻繁并網(wǎng)的環(huán)節(jié)，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。第四章 永磁同步機(jī)變速恒頻發(fā)電機(jī)系的轉(zhuǎn)速控制4.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法主要有直接轉(zhuǎn)速控制和間接轉(zhuǎn)速控制。直接轉(zhuǎn)速控制是根據(jù)風(fēng)速產(chǎn)生的扭矩直接控制發(fā)電機(jī)的電磁扭矩，所以風(fēng)速必須是個(gè)比較準(zhǔn)確的值，但在實(shí)際中測(cè)量的風(fēng)速偏差很大，所以這種直接轉(zhuǎn)速控制的精度就很難保證。間接轉(zhuǎn)速控制就是根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化改變發(fā)

19、電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，從而控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使葉輪轉(zhuǎn)速變化跟蹤風(fēng)速變化，保證最佳葉尖速比。由上面我們得出的公式可以看出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方與發(fā)電機(jī)電磁扭矩成正比關(guān)系，即。如圖4.1所示：圖4.1 間接轉(zhuǎn)速控制4.2最大功率點(diǎn)跟蹤控制方案前面我們講到最佳的葉尖速比值可以獲取最大的Cp值。如何獲得最佳葉尖速比成為轉(zhuǎn)速控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在風(fēng)速可以從風(fēng)速儀獲取。在實(shí)際應(yīng)用中風(fēng)的擾動(dòng)很大，且風(fēng)速的高頻分量不能作為控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變量加載到控制模型中，所以風(fēng)速在控制系統(tǒng)中只能作為一個(gè)繞動(dòng)量來(lái)考慮。通過(guò)數(shù)學(xué)模型的變換，我們可以得到一個(gè)沒有風(fēng)速的方程式，這樣就增加了控制的準(zhǔn)確性，如下所示：發(fā)電機(jī)功率為同時(shí)葉尖速比所以得：

20、 在方程式里作為一個(gè)常數(shù)存在，我們也稱之為機(jī)器常數(shù)。根據(jù)這個(gè)常數(shù)，可以計(jì)算得出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4.2所示，風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，使風(fēng)機(jī)吸收的風(fēng)能與發(fā)電機(jī)所帶負(fù)載相匹配；并控制風(fēng)機(jī)按最佳葉尖速比運(yùn)行。圖4.2轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系 在實(shí)際應(yīng)用中，為了簡(jiǎn)化控制過(guò)程，我們常采用查表的方法來(lái)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，如圖4.3所示：圖4.3 發(fā)電機(jī)實(shí)際控制中的扭矩曲線控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)速與扭矩函數(shù)分成若干部分，每個(gè)部分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩都成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣以來(lái)控制系統(tǒng)只要將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速作為一個(gè)變量，通過(guò)圖4.3扭矩曲線就可以迅速得出發(fā)電機(jī)應(yīng)該輸出的扭矩期望值。風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)把這個(gè)

21、期望值傳遞給變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻器），從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。第五章 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)未來(lái)展望新型材料運(yùn)用，設(shè)計(jì)水平的提高以及控制技術(shù)的改進(jìn)都將使得風(fēng)電機(jī)組功率曲線不斷改善，運(yùn)行可靠性不斷提高，自動(dòng)化程度不斷加深。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容量大、穩(wěn)定性和適應(yīng)性好、發(fā)電效率高、壽命長(zhǎng)、智能化程度高及發(fā)電成本低皆是未來(lái)的風(fēng)電機(jī)組不斷的追求?？傮w來(lái)說(shuō)具體發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)以下幾個(gè)方面。5.1風(fēng)場(chǎng)的選址風(fēng)力大小與地形、地理位置等因素有關(guān)，如今的風(fēng)電場(chǎng)玄珠也逐漸呈現(xiàn)以下一個(gè)趨勢(shì)。由強(qiáng)風(fēng)帶向弱風(fēng)帶過(guò)渡，啟動(dòng)風(fēng)速低，變速恒頻控制技術(shù)的應(yīng)用使得風(fēng)機(jī)在低風(fēng)速下能夠最大限度地捕獲風(fēng)能。由陸地向海上遷移，海平面十分平滑，因此風(fēng)速較大，且具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，允許