風力發電機組的設計理念-資料下載頁

　　

【正文】 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 CUTIN)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(210)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(212)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K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(213)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?？蛰d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?？梢钥闯?，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