非并网风力发电

非并网风力发电（精选8篇）

非并网风力发电 第1篇

关键词：风力发电,光伏发电,并网问题

0引言

风力发电是根据自然界的风力进行供电的一种方式, 而光伏发电是直接对太阳能进行使用的一种方式, 对于这两种新型能源提供方式来说, 其对于我国能源的节约以及环境的保护都具有积极的意义。但是, 由于这两种能源同我国传统使用的能源类型相比具有一定的差异, 就使其在实际调度以及运行的过程中难免会存在一定的问题, 对此, 就需要我们能够对这部分问题产生的原因进行良好地掌握, 从而更好地找寻解决的办法。

1风力发电和光伏发电并网过程中所存在的问题

对于光伏以及风力发电来说, 其所具有的发电功率波动都较大, 且具有较大的不确定性。对于使用风力以及光伏发电, 容量较大的系统就需要具有更高的发电备用容量以及输电网络容量。但是, 即使具备这部分条件其在并网的过程依然会出现一定的问题:

1.1孤岛效应所谓孤岛效应, 就是如果电力企业在实际供电的过程中由于维修以及出现故障而使电力出现了中断的现象, 那么用户端的发电系统却不能够及时地对这种停电行为进行检测, 从而将自身切离市电网络, 进而将周围的光伏以及风力发电网络形成一种脱离电力企业掌控的一个孤岛, 而出现这种情况的频率也会随着光伏以及电力发电量的增大而增大。如果出现了这种孤岛效应, 那么就很可能对电力企业线路的维修以及工作人员造成威胁;使配电系统中的保护开关动作程度受到影响, 并很可能会由于出现较大的冲击电流而对电力系统中设备的安全运行造成威胁;因为孤岛区域所存在的频率以及电压的波动性使系统设备受到危害等等。

1.2可靠性问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在实际应用过程中还存在着一定的不可靠性, 其主要表现为:首先, 当电力系统出现停电情况时间, 就会使光伏以及风力发电工作也会暂停, 不能够良好地提升供电工作的可靠性;其次, 如果两者在继电保护方面没有进行良好的落实, 那么也会使继电保护出现误动作的情况, 也会对可靠性产生影响;最后, 如果在安装环节中没有选择好两者的连接方式以及安装地点, 也会对整个系统的可靠性产生影响。而对其产生影响最大的就是风速灰根据天气所存在的随机性, 以及光照根季节以及天气所存在的不稳定情况, 从而使通过这两种方式进行供电的系统电压情况变化较大, 不能够使我们很好地对其进行预测。

1.3电网效益问题对于光伏以及风力发电方式来说, 其在接入系统之后可以将配网中原有的部分设备变成备用以及闲置的状态, 比如在这两种发电方式运行的过程中, 同配电系统相连接的电缆线路以及配电变压器往往会由于自身所具有的负荷情况较小而出现轻载的情况, 从而直接使配电设备成为两种新能源发电方式的备用设备, 进而造成整个配电网的成本增加、效益降低的情况。

2风力发电和光伏发电并网问题的解决措施

2.1构建风力发电和光伏发电系统的研究验证环境

2.1.1建模研究与验证环境对于风力发电和光伏发电系统来说, 需要能够首先对其发电系统的特性进行研究, 并在相应的电力分析软件中对这两种发电系统建立起全面的动态以及静态模型, 并将光伏发电同控制器的两种特性进行全面的比较, 并在比较的基础上建立起一套完善且全面的风力发电和光伏发电控制系统模型, 从而通过在电力软件对这两种发电系统所具有的供电能力进行计算的基础上, 为后续风力及光伏发电的验证以及测试打好基础。

2.1.2仿真实验环境在对风力及光伏发电系统进行建模研究之后, 也需要能够适时地对风力及光伏发电典型的案例进行研究, 并对典型案例的发电系统、运行方式、故障场景以及对其进行控制的措施进行研究分析, 之后再对这部分案例进行仿真计算, 从而能够通过这种方式不断地积累相关经验, 并以建立专门数据库的形式将这部分成功的参数以及做法为后续工作的开展作出保障。

2.2深入研究风力及光伏发电系统同电网共同作用的机理当风力及光伏发电网络通过微网的方式同电网进行连接之后, 两者间所具有的作用情况则是十分复杂的, 且会对电网的运行特性产生较大的影响。而对于这种情况来说, 则需要能够通过全新的方式对影响情况进行分析, 并且需要通过全新的分析方式对配电系统的稳定性以及同微网之间的影响进行研究, 从而通过这种形式来找出主网同微网之间所存在的本质区别以及发展的方式。

2.3研究新型配电系统的方式在对风力及光伏发电并网工作所具有的特点进行一定的掌握之后, 则需要对配电系统的方法以及规划理论进行一定的研究。首先, 需要找出风力及光伏发电电源的优化位置、容量以及选址情况, 从而以此为基础进一步地对风力及光伏发电的控制方式、并网方式以及接入位置等等进行研究, 并更好地分析电网对于电压波动以及电压谐波所产生的影响。而在实际开展规划的过程中, 也需要能够充分地对风力及光伏发电在电网运行过程中的合理性进行考虑, 并对其影响进行评估, 从而在电力系统的层面上保证整个配电网络能够以一种环保、经济、安全的方式运行。

2.4风力及光伏发电电网运行的控制设备及技术

2.4.1对于光伏发电系统而言, 其通过微网接入到系统之中, 从而以一种非常彻底的方式对系统故障原有的特征进行了改变, 而这也会使电网在出现故障后一系列电气量方面具有了非常复杂的变化, 而以往经常使用的故障检测方法以及保护方式也会因此而受到较大的影响, 对此, 就需要我们能够努力地根据实际情况, 在今后不断地研究新的电网保护方式以及新技术。

2.4.2当整个电网系统出现故障时, 并网分布式电源则会同主网断开, 并能够继续以独立运行的方式向本地符合继续进行供电。而面对这种情况, 为了能够更好地保障用电的质量以及安全, 就需要我们能够及时地对这种孤岛情况进行检测, 并对这种孤岛同系统所分离的部分实行适合的调控措施, 并在整个系统故障解决、恢复运行之后再继续以并网的方式运行。同时, 还需要我们能够努力研制出更及时、更准确的孤岛检测方式, 以及在紧急状态下对于孤岛进行划分的优化技术, 从而能够在系统产生故障时能够更好地对故障进行切除、更好地恢复供电。

3结束语

总的来说, 电力是我国目前社会以及经济发展过程中非常重要的一个环节, 而风力及光伏发电则更是保障我国电力事业良好发展、保护我国环境以及能源的有效方式, 需要我们能够对其引起充分的重视。在上文中, 对于风力及光伏发电的并网问题以及解决措施进行了一定的研究分析, 而在实际操作的过程中, 也需要能够充分地联系实际, 并以新知识、新技术的应用来保障风力及光伏发电技术能够更好地为我们所服务。

参考文献

[1]杨卫东, 薛峰, 徐泰山, 方勇杰, 李碧君.光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析[J].水电自动化与大坝监测, 2009 (04) :35-39.

[2]周艳荣, 张巍, 宋强.国内外海上风电发展现状及海域使用中的有关问题分析[J].海洋开发与管理, 2011 (07) :101-103.

[3]李静, 孙亚胜.模糊网络分析在海上风电项目风险评价中的应用[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) , 2011 (01) :96-99.

[4]周超, 朱熀秋, 魏杰, 周令康, 黄振跃.我国风力发电发展现状和问题分析[J].能源研究与信息, 2012 (02) :69-75.

非并网风力发电 第2篇

在风电场大规模集中并网应用方面，柔性直流输电技术相对于常规交流输电技术具有以下优势：

(1)风电场以直流形式连接电网，送、受端系统隔离，可避免故障在电网及风电场间传播，防止系统电压大幅振荡、功角失稳及风电场失速。

(2)可以对无功功率进行动态控制，提高并网系统电压稳定性，抑制并网风电场电压波动和闪变，改善并网系统电能质量。

(3)可精确控制有功潮流，为风电场提供优异的并网性能，提高并网系统暂态稳定性。

风力发电并网技术探讨 第3篇

1 风电机简介

风力发电机组包括异步风电机组和双馈风电机组, 相对于异步发电机组, 双馈风电机组有很大的优势, 其最大的优势在于双馈电机能根据风速来改变风机的转速。当风速较低时, 双馈电机能保持风机运行在最佳的叶尖速比, 从而得到最大的动能;当风速较大时, 双馈电机可以调节桨距释放多于能量, 从而使机组获得较平滑的动能。

2 双馈风电机组的模型

2.1 风速模型

风速是独立于发电系统的, 考虑风电场分布的随机性, 现在国内外较多的使用风力四分模型, 及基本风模型、随机风模型、阵风模型和渐变风模型。电机是电力系统中能源转换模块, 不同于传统传统电机, 在风力发电中须先将风能转化为叶片的动能, 之后由风叶传递能量转化为电能, 由空气动力学可知, 在一定的风速下, 风能利用系数越大, 机械输出功率越大。

2.2 电机稳态模型

双馈发电机的稳态等值电路如图1所示, 其相当于在普通绕线式异步电机等值电路的转子电路中加入了电压源。

3 等值建模的建立

图1中介绍了双馈电机的等值电路, 当风力发电机组发电机个数为两个时, 此时等效电路如图2所示。需要说明的是, 建模过程中不考虑尾流效应。

等值参数计算相对比较复杂, 当双馈电机组电机个数较多时, 用电路理论计算等值参数会相当繁琐、复杂。加权参数聚合法可以解决多台机组并联参数计算的复杂问题, 等值前后以它们各自容量为基值。

4 仿真

在Simulink仿真平台中搭建了实际模型和等值模型。实际模型中有单机容量为1.5MW的双馈发电机20台, 单机容量2MW的风机10台。采用一机一变方式将电压升至10k V后, 再用10k V/110k V变压器接入电网, 输电距离为30km。运用加权参数等值法, 可以算出等值后的等值机的参数, 将30机等效为一台机进行仿真。

稳态运行时的比较:

以渐变风为例进行稳态运行时的仿真。上升型的渐变风起始时刻为5s, 起始风速为8m/s, 上升斜率为1, 终止时刻为9s, 终止风速为12m/s, 下降型风速起始时刻为5s, 起始风速为14m/s, 下降斜率为1, 终止风速为8m/s。对上升型渐变风, 两种模型的响应曲线如图3所示;对于下降型渐变风, 两种模型的响应曲线如图4所示。

为了说明等值效果, 本文使用相对误差或平均相对误差来定量的说明。由仿真结果可知, 对于上升型渐变风等值模型与实际模型的有功功率最大相对误差为0.62%, 平均相对误差为0.27%, 出口处电压的最大相对误差为0.21%平均相对误差为0.11%。对于下降型渐变风, 等值模型与实际模型的有功功率最大相对误差为1.16%, 平均相对误差为0.29%, 出口处电压的最大相对误差为0.14%, 平均相对误差为0.007%。可以看出, 稳态时模型的误差是很小的。

5 结论

双馈风力发电机正常工作运行时转速随风速的变化而变化, 其等值过程与异步发电机相比有所区别。是否能够沿用异步机等值模型进行理论分析和验证值得商榷。本文在Simulink仿真平台中对风电场每台机组进行建模, 并建立了风电场的等值模型。仿真结果表明, 该等值模型能在稳态运行时保持良好的等值效果, 具有一定的可信度。

摘要：本文介绍了双馈电机的组成结构和工作原理;简述了风力场模型、双馈风电机工作稳态模型;并比较了电机容量加权法和多电机组并联时等值计算的参数聚合, 然后在Matlab/Simulink仿真平台中建立了风电场实际模型和等值模型。仿真结果表明, 该等值模型能在稳态运行时保持良好的等值效果, 具有一定的可信度, 仿真结果与理论分析相符, 证实了电机容量加权法可以在一定范围内适用于双馈型风电场等值。

关键词：风力发电,并网,探讨

参考文献

[1]王承煦, 张源.风力发电[M].北京:中国电力出版社, 2003.

[2]蔺红, 晁勤.风电系统建模与仿真分析[J].风力发电, 2000 (3) .

[3]Slootweg J G.Wind power modeling and impact on power system dynamics[D].Technische Universities Delft, 2003.

[4]Akhmatov V.Analysis of dynamic behavior of electric power systems with large amount of wind power[D].Rsted-DTU Technische.Universities of Denmark, 2003.

风力发电机组并网方式初探 第4篇

全球化能源危机日益严重,使得世界各国开始重视开发和利用可再生、无污染的能源,我国也不例外。中国是世界上最大的能源生产国和消费国之一,能源危机严重制约着国民经济的发展。而风电作为一种新型可再生能源,具有施工周期短、维护费用低、清洁无污染、不消耗任何燃料等优点,并且在中国风电资源也有着它独有的优势:首先中国的风能资源丰富,主要集中在西北、华北和东北;其次风电制造业发展迅速,从小功率风电机组的批量生产到大功率风电机组的批量生产,我国将逐步进入全球风电设备生产大国的行列;在中国风力发电发展空间大,政府对可再生能源的长期规划将引导风力发电产业快速发展[1~2]。

风力发电是目前新能源开发技术最成熟,也是最有规模化商业开发前景的发电方式之一,是世界上增长最快的新能源之一,在新能源发电装机容量中位居第一位。根据欧洲风能协会和绿色和平组织签署的《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量12%蓝图》的报告,期望并预测2020年全世界的风力发电装机将达到12.31亿k W,年安装量达到1.5亿k W,届时风力发电量将占到全世界发电总量的12%。但是风力发电机组的可控性远不如火力和水力发电机组,因为风力发电的基本原理是天然风吹转叶片获得机械能,经过机械传动,通过齿轮箱提高转速带动发电机转子旋转发电[3],而作为原动机的风力机,其出力主要由自然界风速变化决定,所以人们只能在一定程度上进行控制,风力发电并网已成为首要问题。

根据发电机的运行特征和控制技术,风力发电技术一般分为恒速恒频(Constant Speed Constant Frequency,简称CSCF)风力发电技术和变速恒频(Variable Speed Constant Frequency,简称V S C F)风力发电技术。

1、恒速恒频风力发电机的并网

恒速恒频风力发电系统具有结构简单、成本低、过载能力强以及运行可靠性高等优点,是过去几年主要的风力发电设备[4]。但是在恒速恒频风力发电系统中,其发电设备主要是异步风力发电机,而异步风力发电机运行时,靠转差率来调整负荷,可直接并网,也可通过晶闸管调压装置与电网相连接。但是异步风力发电机在并网瞬间会出现较大的冲击电流,而过大的冲击电流会使发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开,同时造成电压大幅度下降,使得低压保护动作,导致无法并网[5]。另外,异步发电机自身不发无功功率,需要无功补偿,当输出功率超出其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车[6],因此必须严格监视并采取相应的有效措施才能保障风力发电机组的安全运行。

目前,国内外采用的异步风力发电机的并网方式主要有以下四种:直接并网,准同期并网,降压并网以及采用双向晶闸管控制的软切入法的并网方式。

1.1 直接并网方式

采用这种方式时要求发电机的相序与电网的相序相同,发电机转速接近(一般达到9 9%~1 0 0%)同步转速时即可并网。

1.2 准同期并网方式

采用这种方式时在转速接近同步转速时,先用电容励磁,建立额定电压,然后对已建立的发电机电压和频率进行调节和校正,使其与系统同步。当发电机的电压、频率、相位与系统一致时,将发电

1.3 降压并网方式

采用这种方式时在异步电机与电网之间串接电阻、电抗器或自耦变压器,以降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等要消耗功率,在发电机并入电网进入稳态时,再将其短接[7]。

1.4 采用双向晶闸管控制的软切入法的并网方式

采用这种方式时在异步发电机定子与电网之间每相串入一只双向晶闸管,接入的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。当发电机达到同步速附近时,发电机输出端的短路器闭合,发电机组通过双向晶闸管与电网相连,通过电流反馈对双向晶闸管导通角控制,将并网时的冲击电流限定在额定电流1.5倍以上,从而得到一个比较平滑的并网过程,正常运行时,双向晶闸管被短接。

2、变速恒频风力发电机组的并网

变速恒频风力发电系统的发展依赖于大容量电力电子技术的成熟,从结构和运行方面可分为双馈感应发电机系统和直接驱动的同步发电机系统。变速恒频风力发电机组实现了发电机转速与电网频率的解耦,降低了风力发电与电网之间的相互影响,但是它缺点是结构复杂、成本高、技术难度大。

2.1 双馈式风力发电机及其并网

双馈风力发电技术是应用最广泛的风力发电技术之一。尤其是双馈感应发电机,不仅改善了风电机组的运行性能,而且大大降低了变频器的容量,至今已逐渐发展成风力发电的主流设备。双馈风力发电机为定子绕组直接接入交流电网,转子绕组由频率、幅值、相位可调的变流器提供三相低频励磁电流的新型电机[8],当转子绕组通过某一频率的交流电时,就会产生一个相对转子旋转的磁场,此时会在电机气隙中形成一个同步旋转磁场,转子的实际转速加上交流励磁电流产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速,从而改变了双馈电机定子电动势与电网电压向量的相对位置,也即改变了电机的功率角,因此有调节无功功率出力的能力。

由于风力发电机变速运行,其运行速度能在一个较宽的范围内调节,使风机风能利用系数CP得到优化,获得较高的系统效率,可以实现发电机较平滑的量,减少发电机温度变化[9]。

在双馈风力发电机的起动阶段,需要对发电机进行并网前控制以满足并网条件,即发电机定子电压和电网电压的幅值、频率、相位、相序均相同,才能使发电机安全地切入电网,进入正常的并网发电运行模式[10]。

当前,双馈风力发电机组的并网方式主要有以下三种:空载并网,独立负载并网以及孤岛并网方式。

2.1.1 空载并网方式

采用这种方式通过引入定子磁链定向技术对发电机输出电压进行测节。使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致,满足并网条件时进行并网操作。

2.1.2 独立负载并网方式

采用这种方式的思路是:并网前发电机带负载运行,对发电机和负载进行控制,在满足并网条件时进行并网。这种并网方式的特点是,发电机具有一定的能量调节作用,降低了对原动机的调速能力要求,但是这种并网方式控制起来非常复杂,所需要的信息不仅取自于电网侧,同时还取自于定子侧。

2.1.3 孤岛并网方式

采用这种方式并网前需要形成能量环路,这个能量环路是这样形成的:首先进行预充电过程,当风力发电机启动后且发电机转速达到励磁范围时开始励磁,电网从预充电变压器经直流整流器向双P W M变流器的直流母线电容充电,用以激励整个系统,当定子电压达到额定值(控制器通过控制电机侧的逆变器使发电机定子发电电压达到额定值)时,发电机定子输出和转子输入与双P W M逆变器分别连接,形成独立能量环路。当发电机转速达到并网转速,控制系统将调节发电机电压与电网电压同步,同步后,并网。综上所述,这种并网方式可分为三个阶段,即励磁阶段,孤岛运行阶段以及并网阶段。

2.2 直接驱动的同步发电机

在风力机直接驱动同步发电机构成的变速恒频发电系统中,风力机直接与发电机相连,可省去增速齿轮箱,减少风力发电机的体积和重量,也降低噪声和维护费用。其发电机主要采用低速永磁同步发电机,具有性能好、效率高、无需励磁、体积小、重量轻的特点[11]。这种发电系统拓扑结构较简单,控制方法

为保证并网瞬间发电机与电网上的电压、频率及相序一致,通过控制器采集电网电压、频率及相序等参数,然后与逆变器输出电压等参数比较。当达到并网条件时进行并网。此种并网方式在并网瞬间不会产生冲击电流,不会引起电网电压的下降,也不会对发电机定子绕组及其他机械部件造成损坏。

3、结束语

近几年中国风电事业高速发展,随着风力发电机组容量的增大,在并网时对电网的冲击也越来越大。本文根据发电机组的特点,分别对恒速恒频和变速恒频风电机组的三种发电机的并网方式进行了初步的讨论。根据实际情况选择合理的并网技术是一个非常重要的问题,因为这直接关系到整个电网的正常运行。

摘要：风能是一种清洁的可再生能源,而风力发电可以有效地利用风能,我国的风电事业高速发展,但是仍存在着许多实际问题,风力发电机组的并网问题首当其冲。只有通过对各种风力发电机自身及其并网方式的研究,才能在实际中根据实际情况来选择相应的并网方式。本文对当前各种类型风力发电机组并网方式进行初步探讨,指出随着风力发电机组容量的增大,在并网时对电网的冲击也会越来越大,因此,不断改进现有的风电并网技术,减少对电网运行稳定性的影响是今后迫切需要解决的问题。

非并网风力发电 第5篇

1) 发电机容量必须在系统尖峰某一比例之上;

2) 某些特定用户必须使用并联传输线等, 然而这些规范多根据经验制定, 并无精确的科学理论。

本文使用可靠度指标作为评判风力机并网的可靠性, 对今后风电并网具有重要的指导意义[1,2]。

1 可靠度计算数学模型

1.1 随机变量及其分布函数

介于a与b之间的随机变量概率为:

1.2 随机变量的数值变动

存在密度函数f (x) 的连续随机变量x, 其期望为:

对于连续随机变量x, 其变量集合分散程度为

2 可靠度基本概念

电力系统可靠度, 通常为发电机组故障时, 用户端电力供应的减少程度, 即供电端不受故障因素影响持续供电的程度。

2.1 元件故障特性

许多原因造成的元件突发故障, 元件连续运行时间T可视为一随机变量, 其概率可表示为:

故障函数λ (t) 为元件连续运行时间t的条件下, 在时间Δt之内发生故障的概率为:

通过积分得到故障概率函数呈“浴缸状”, 且分为初期阶段、特殊阶段和退化阶段, 在特殊阶段, 故障率维持不变, 即

2.2 元件修复特性

当元件发生故障后, 其修复过程相当复杂, 主要是因为受多因素影响, 如:故障原因、故障位置、元件受损程度及修复能力, 故修复时间亦为随机变量, 修复率为:

平均修复时间为:

3 发电机组可靠度模型

3.1 单一发电机模型

机组因无预警故障而使机组无法运转的机率, 称为强迫停机率, 发电机概率模型有运转和故障两种状态, 而这两种状态的累积概率为:

3.2 发电机组模型

利用上式, 将值当作计算下次迭代的的值, 如此反复计算, 即可建立发电机组的失载表。

4 结论

本文介绍基本的概率理论与可靠度分析方法, 进而建立了电力系统发电机组的模型, 根据发电机组资料, 求出系统的失载表, 建立了单一发电机模型和发电机组模型的可靠度计算公式。

摘要：风力作为可再生能源成为各国致力开发的重点能源, 然而风速的变动直接影响供电品质, 这使得风力发电并网的可靠度分析成为一个研究热点。本文从可靠度计算数学模型, 可靠度基础概念、风力发电机组可靠度模型三方面入手, 探讨了风力发电机组发电系统并网的可靠度, 为该问题的解决提供理论依据。

关键词：电力品质,可在生能源,可靠度,风力发电机

参考文献

[1]王秀丽.风力发电系统发展现状分析[J].华电技术, 2010.

永磁同步风力发电机并网运行研究 第6篇

关键词：风力发电,变速恒频,永磁同步发电机,并网,最大风能跟踪

目前具有实用价值的并网型变速恒频风力发电系统主要有基于双馈感应发电机和基于永磁同步发电机的2种方案。

双馈感应发电机(DFIG)变速恒频系统通常采用三相绕线式异步电机在转子上安装变换器改造得到。其变速范围不是很宽,可以在同步速±30%范围运行,变换器容量为电机容量的1/3~1/4,成本较低。转子交流励磁控制可以调节电流幅值/频率相位,实现有功/无功的解耦控制。缺点是有齿轮箱、电刷、滑环,结构复杂导致可靠性降低;在电网故障下的不间断能力不强,与电网连接的鲁棒性不高。

永磁同步发电机(PMSWG)变速恒频系统通过在同步发电机定子后端安装全功率变换器实现。变速范围比前者宽,全功率变换器可以实现有功/无功的解耦,调节电压和无功,弥补前端发电机的不足。该系统一般采用直接驱动或低变比齿轮箱,机组轴向长度大大减少,降低了成本,提高了可靠性;并且由于发电机具有较大的径向空间和表面,散热效果较好,转子惯性大有利于抑制风速突然变化带来的转速变化。一般采用永磁体励磁,无需励磁绕组以及电刷和滑环、结构简单可靠、发电效率高,与电网连接具有较强的鲁棒性,并网性能好。其主要缺点在于,采用全功率变换器成本较高。除此之外,PMSWG其他各方面均优于DFIG,但实际上随着电机和电力电子技术的大力发展,该系统的价格已经与双馈感应发电机系统相当[1]。

因此本文选择PMSWG作为风力发电机,在此基础上进行并网运行控制研究。

1 PMSWG风力发电系统并网电路

1.1 PMSWG交流并网电路选择

PMSWG交流并网电路的基本作用是将发电机跟随风速变化发出的变压变频的不稳定电能转换为恒压恒频的稳定电能,并实现良好的正弦波形馈入电网;该电路还要具备最大风能跟踪、定子侧功率因数和网侧功率因数调节功能以及有功/无功的解耦控制功能;还要具有隔离故障的能力;最好还要具备有功无功的存储能力,以保证在无风或少风情况下对电网起到稳定支撑作用。

目前PMSWG交流并网电路主要有定子PWM变换器+并网PWM变换器[2,3]、不控整流器+并网PWM变换器[4,5]、不控整流器+BOOST电路+并网PWM变换器[6,7]3种结构。第1种结构控制最灵活、效果最佳,但结构和控制最为复杂,成本较高,且某些功能对于PMSWG交流并网并无必要。PMSWG由于功率无需双向流动,可用不控整流代替可控整流,因此第2种结构最为简单而且成本最低,仅靠并网PWM变换器就完成并网和最大风能跟踪的全部功能,虽然存在定子电流谐波和并网电压低等缺点,但都可以通过一定的措施加以解决,如图1所示。第3种结构解决了第2种结构并网电压较低的缺点同时增加了控制的灵活性,但也增加了系统的成本以及复杂性,因此介于前两者之间,是PMSWG并网电路的一个较好选择。

鉴于不控整流器+并网PWM变换器是PMSWG并网的最经济可行结构,本文从并网运行的可靠性和控制的简单性出发,采用该结构作为PMSWG的并网电路。

1.2 并网有功/无功功率解耦

图1所示电路在正常情况下,并网电压三相对称且恒定。馈入电网的有功/无功功率在图2(a)坐标系下的方程为:

式中:Umg,Img分别为电网电压、电流幅值;θ为功率因数角。

式(1)存在耦合项,将式(1)进行功率守恒的3s/2r坐标变换得到图2(b)坐标系下的方程为:

式(2)仍然存在交叉耦合项,也没有实现有功/无功的解耦,由于3s/2r并没有选择旋转坐标定向方向,如果选择q轴沿着电网电压合成矢量umg的方向(图2(c)),udg=0,则功率表达式为:

式(3)实现了有功和无功功率的解耦控制,只要计算出电网电压合成矢量方向,再分别控制q轴和d轴电流就可以实现有功和无功的独立控制。

1.3 并网PWM变换器控制直流母线电压原理

图1系统在稳态情况下并网PWM变换器的功率流动情况如下:

式中:Pm为发电机输出功率;Pg为馈入电网有功功率;PC为电容功率。

动态增大iq g使Pg小于Pm时,多余的功率流入到直流电容上,ud c上升;反之减小iq g使Pg大于Pm,不够的功率由直流电容补充,电容放电使ud c下降。因此只要动态调节iqg就可以快速地调节udc。

可以看出,并网PWM变换器具有较强的反向控制直流母线电压的能力,而直流母线电压与功率、转速等有密切关系,利用上述分析可以对直流母线电压进行控制以同时实现并网和最大风能跟踪。

2 直接并网方法研究

直接并网方式是以直流电压作为并网参数的并网方法,相比传统的以交流电压作为并网参数的方法更加简单可行。

由于并网PWM变换器能量可以双向流动,因此可以利用并网PWM变换器对电容的反向充电功能实现并网,直接并网方式如图3所示。

图3中,S1为并网辅助开关,Sb为并网主开关,Rb为直流回路限流电阻。并网前S1、Sb均断开;当准备并网时S1闭合,Sb仍断开,电网电流iqg设置为负的定值,并网PWM变换器通过基于电网电压定位的矢量控制工作于可控整流状态对电容反向充电,电流从电网流向电容,电阻Rb用来限制充电电流。此时PMSWG在风力机的带动下转速从零上升,同时也对电容充电。当直流电容充电达到交流电网线电压峰值时Sb闭合实现并网,同时切换并网PWM变换器的算法使之按照最大风能跟踪算法进行控制。

由于PMSWG转速和直流电容电压上升均是循序渐进的过程,对电网的输出电流也是从零逐渐上升,因此该方法在并网过程中不会对电网产生冲击电流;且该方法无需检测同步信号和原动机调速机构,大大简化了硬件结构和控制算法。

3 最大风能跟踪的实现

3.1 基于直流母线电压的转速观测

忽略发电机定子电阻和漏抗,转速与直流母线电压之间存在如下关系:

式中:Ug,Ig为发电机相电压和相电流有效值;xa为电枢电抗。

当发电机接不控整流和电容滤波时,电压和电流波形均发生畸变,简单地当作正弦波形处理是不妥的[6],也难以给出精确的数学描述。但当风速和发电机转速一定时,功率也一定,会有确定的电压电流波形,即:

式中:ud c,Uglm分别为直流母线电压和整流前线电压幅值。

因此当发电机处于稳态时,转速与直流母线电压具有确定的关系[5],如图4所示。

当风速变大时,同一转速下的功率变大,该转速对应的直流电压下降,曲线往右下旋转偏移。一定风速下的最大功率点对应的ud c-ωm工作点在与空载曲线的距离最大且偏右,将不同风速下最大功率点对应的工作点连接起来,就得到udc-ωm的最优工作曲线(图4)。该曲线对于动态/稳态过程是一致的。基于图4曲线就可以实现利用直流母线电压观测转速。

3.2 直流电压变步长扰动法

由于并网PWM变换器可以直接调节直流母线电压,且稳态情况下转速和直流母线电压具有确定的关系,因此利用扰动法对直流母线电压变化的每一步扰动都直接反映了转速的变化,因此采用直流母线电压扰动替代转速扰动。

变步长扰动可以提高扰动法速度和精度,因为扰动法的最终目的是将功率扰动到最大点上,因此采用功率变化量作为扰动的变步长值是完全可行的。将扰动量设为功率变化量绝对值的函数:

符合(6)式要求的函数中以|ΔPg|的乘方运算最为简单。乘方次数越高,跟踪速度越快,稳态精度越高,但过高的乘方运算会加大计算的复杂性。经大量仿真研究比较,|ΔPg|平方的比例值作为扰动量效果最好。

式中:k为比例系数,进行比例运算以使Δudc适合当前范围并设置最大限制值。当运行在远离最大功率点时,|ΔPg|2、Δudc较大,跟踪速度较快使风力发电机快速运行到最大功率点附近;当运行在最大功率点附近时,|ΔPg|2、Δudc较小,使风力发电机保持在最大功率点附近很小的范围内摆动,稳态精度高。

4 控制算法流程

当达到起动风速时,PMSWG转动准备并网。并网前,并网开关断开,执行直接并网方法,待直流电压上升到电网线电压峰值后并网。并网后执行直流电压变步长扰动法,每隔ΔT计算一次输入电网有功,与上次有功相减得到ΔPg,用k|ΔPg|2作为直流电压的扰动值Δudc,该扰动值与本次测量直流电压相加(减)得到新的直流电压参考值。直流电压参考值通过模糊PI控制得到i*qg,无功电流i*qg在一定范围内根据电网需要设定。通过2r/3s坐标变换得到三相期望电流i*ag、i*bg、i*cg,通过电流滞环控制就能简单快速地控制电流实现风能跟踪。控制算法流程如图5所示。

5 仿真验证

为了验证所述直接并网方式和直流电压变步长扰动的有效性,下面进行详细的仿真研究。

风力机参数:桨叶半径1.240 4 m,额定风速10m/s,额定功率1.5 k W,λopt和CP·max分别为8.1和0.48,额定转速625 r/min,齿轮箱变比为1.2,空气密度ρ为1.293 kg/m3。PMSWG参数:八极,永磁体磁通为0.57 Wb,定子d轴和q轴电感为35 m H,转动惯量为0.1 kg·m2,直流电容2 000μF,并网线电压峰值104 V/50 Hz。假设PMSWG在风速6 m/s下进行启动并网,分别在8 s和16 s时风速两次突变为10 m/s和8 m/s;无功电流初始设为0 var,分别在4 s、12 s、20 s突变为180 var、450 var、270 var。

图6(a)描述了直流母线电压ud c的变化情况。并网前,并网PWM变换器对直流电容进行充电,在1.2 s时udc达到线电压幅值,并网开关闭合;并网后执行变步长扰动法实现风能跟踪,在风速变化时,直流母线电压稳态值分别为162.0 V、236.5 V、212.8 V。

图6(b)描述了直流电压扰动变化量Δudc的变化情况。在1.2 s并网前Δudc的值没有意义;在1.2 s并网后,功率分别在1.2 s、8 s、16 s发生变化,因此Δudc也在这3个时刻附近变化较大,当功率趋于最大值时,Δudc迅速减小到零附近,使udc趋于稳定,转速和功率将稳定在最佳转速和最大功率附近。

图7描述了发电机定子电流is(图a)和并网电流ig(图b)的变化情况。并网前风力发电机空载运行,is=0。当发电机并网后,由于刚并网时的发电机转速仍然低于实际udc所对应的最小转速,因此发电机继续保持空载运行一段时间,直到发电机转速上升到实际udc所对应的最小转速,此刻发电机才往外输出功率,is从零开始上升。ig从并网前到并网后电流过渡平稳,没有出现冲击电流的情况,说明并网过程良好。

图8描述了直流母线电流的变化情况,idc1是PWM变换器侧的直流电流,idc2为不控整流器侧的直流电流。由于起动时风力机转速和转矩很小,因此并网前iqg一般取值较小。并网前,idc1为负,表明有功从电网流向电容对其充电;并网后,idc1为正,表明有功从电容流向电网。

图9描述了风力机功率Pm、并网有功功率Pg和无功功率Qg的变化过程。并网前,Pg为一负的恒定值;并网后,Pg为正,迅速地跟踪风力机的机械功率,实现风能跟踪。

当在3种风速下达到稳态时,Pg分别为320 W、1.497 kW、0.765 kW,理论计算值分别为0.324 kW、1.500 kW、0.768 kW,跟踪误差小于1.2%,说明本文所提出的功率跟踪方法具有很好的稳态精度。从并网到稳态变化时间小于2.8 s;当风速变化时,动态变化时间小于2.2 s,说明本文所提出的功率跟踪方法具有较好的响应速度。有功和无功同样实现了解耦控制。

6 结论

PWSWG+不控整流器+并网PWM变换器是简单可行的变速恒频风力发电系统。直流母线电压是直接并网的目标参数,利用它既可以实现并网也可以实现最大风能跟踪。基于功率变化量平方值的直流电压变步长扰动值比传统扰动法性能有了很大提高。仿真验证了本文所提方法可以实现并网、最大风能跟踪、有功无功解耦控制,克服了传统方法精度差、响应慢、结构算法复杂的缺点,是一种简单可行具有实用价值的控制方法。

参考文献

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[5]徐科,胡敏强,郑建勇,等.风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制[J].电力系统自动化,2006,30(23):43-47.

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并网型风力发电机组中螺栓的应用 第7篇

随着人类社会的发展, 对能源的需求量越来越大, 依赖也越来越重。直到目前, 人类仍然以化石能源 (石油、天然气、煤炭) 为主要能源消费方式, 而化石能源的总的资源量是有限的, 不可再生的, 资源量会越来越少。在消费这些化石能源的同时, 也产生了大量的温室气体等污染物, 这些污染物对地球气候已经产生了深远的影响, 直接威胁着人类的生存和发展, 这点已经得到了世界各国的普遍认同。另外, 这些化石能源都是重要的化工原料, 作为燃料是最浪费的使用。因此, 世界各国都在大力的开发利用可再生能源。近年来, 可再生能源得到国际社会和大多数国家的高度重视, 许多国家制定了支持可再生能源发展的法律和优惠政策, 可再生能源成为世界能源中发展最快的领域。

可再生能源包括风能、太阳能、生物质能等。风能是一种清洁的可再生能源, 与传统能源相比, 风力发电不依赖矿物能源, 没有燃料价格风险, 发电成本稳定, 也没有碳排放等环境成本。此外, 可利用的风能在全球范围内分布都很广。正是因为有这些独特的优势, 风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分, 发展迅速。截止2010年底, 全球风力发电装机年增长约为40 GW, 总装机容量达到200GW。中国2010年新增装机容量18928 MW, 累计风电装机容量44733 MW, 双居全球第一位。如此大规模的装机, 风机的安全运行, 已经成为一件不可忽视的问题。

1 螺栓对风机安全性能的影响

影响风机安全性能的因素很多, 本文主要讨论一下风机中最小且非常重要的一个零件—螺栓, 对风机安全性的影响和解决思路。

1.1 风机中螺栓的分类

安装到风场的一套完整的风机设备 (包括塔筒、叶片等) 需要大量的螺栓, 这些螺栓根据受力情况大致可以分为两大类:一类螺栓只是将零件固定在一起, 螺栓本身并不承受或传递太大载荷, 如风机和塔筒内的平台踏板和平台梁之间的连接螺栓, 风机内部导线电缆的固定螺栓等, 这些螺栓在风机运行中只起到固定零部件相对位置, 或只承受零部件自身重量等作用, 不传递风机载荷。为了后面分析方便, 我们暂且把这类螺栓称为固定型螺栓。另一类螺栓, 在风机的运行过程中, 要传递风作用在风机上形成的各种载荷, 它的失效会使风机整体失效, 甚至给风机带来灾难性后果。这类螺栓如叶片和轮毂之间的连接、轮毂和主轴之间的连接、机舱和塔筒之间的连接以及塔筒间的连接、塔筒和基础间的连接等等。我们暂称它为连接型螺栓, 这类螺栓也是我们后面重点讨论的部分。

1.2 螺栓接头的设计

对于固定型螺栓接头结构比较简单, 螺栓受力比较小, 在设计这种接头形式时, 主要考虑装配施工方便, 要有操作空间。其次要采取一定的防松措施, 特别对于那些风机安装完成后不易维护紧固位置的螺栓, 如塔筒平台踏板与支撑梁间的连接螺栓, 这些螺栓一旦松脱后, 不仅无法紧固, 而且掉下来的螺母还有很大的安全隐患, 因此这类位置紧固件须采取防松措施, 如使用非金属嵌件螺母、使用螺纹锁固胶等的方法。另外, 这类接头设计选用螺栓时, 尽可能减少螺栓规格型号, 这样既可以降低成本, 又可以提高装配时工作效率。这类螺栓的强度级别一般选择8.8级性能等级以下的螺栓。

连接型螺栓接头形式在风机生产安装中得到了大量应用, 接头形式的设计和螺栓的选用直接影响到风机的安全。这类接头形式都是用螺栓或双头螺柱将两个零部件通过面面接触连接在一起, 并将一个零部件的载荷传递到另一个零部件。接头形式见图1, 图2。

连接型螺栓一般承受的载荷比较大, 在螺栓的选型上大都采用8.8级及以上级别的螺栓。但慎用12.9级及以上级别的螺栓, 因为随着螺栓强度的增加, 韧性也大幅降低, 脆性增加。特别在寒冷地区运行的风机, 在低温环境下, 螺栓相对容易出现脆性断裂。

1.2.1 作用在螺栓上的力的分析

在讨论螺栓接头设计时, 我们首先要分析螺栓可能受到的力。首先螺栓承受拉力, 螺栓正是通过这个力将两个零件固定在一起;其次, 螺栓可能会受到横向切应力, 在正常设计情况下, 螺栓直径会比穿过的孔小2～4 mm, 原则上, 螺栓外表面与螺栓孔表面不会相互接触, 但是当连接的两个零件接触面出现相互错动, 错动量超过螺栓和孔的间隙时, 螺栓阻止错动的进行, 就会在螺栓上加载一个水平的横向切应力。第三个力就是螺栓承受的扭力, 这个力也给螺栓形成一个扭转切应力。它是由于螺栓在紧固时, 螺栓与螺母的螺纹之间的摩擦力造成了, 这个力的大小取决于螺栓承受的拉力和螺纹间的摩擦系数, 由于螺纹间摩擦系数的影响因素较多, 该系数变化较大 (0.08～0.4) , 因此, 在同样拉力作用下, 作用在同一型号螺栓上的扭力差别也非常大, 见图3。

2 对螺栓在风机应用中的安全性能影响的解决思路

以上螺栓承受的三个力中, 只有拉力是我们需要的, 其他两个力都是不需要的。根据材料力学我们知道, 对于钢材, 工程上一般取[τ]= (0.5～0.6) [δ], 特别是在以上三种力同时作用时, 会使螺栓的有效强度大幅降低, 增加螺栓的使用风险, 降低螺栓的使用寿命。因此, 在设计时, 希望尽可能的避免或减小这两个力的作用。

2.1 设计螺栓的结构时首先要避免螺栓承受水平剪切力

我们设计的结构首先要避免螺栓承受横向切应力作用, 要实现这一点, 只要达到连接的两个零件的接触面没有相互错动就可以实现。在螺栓起到阻止零件接触面错动之前, 接触面间的摩擦力起到了阻止零件相对运动的作用, 那么这个摩擦力的大小就是能否避免螺栓受横向剪切力的关键。

两个面间的摩擦力与两个面间所受的压力和两个面间的摩擦系数有关, 两个面间的压力就是螺栓的拉力及零部件的重力等外力的合力, 两个面间的摩擦系数受接触面积、材质、和表面粗糙度得影响。因此, 在风机设计时, 不仅要计算螺栓的静态强度和疲劳强度, 还要重点考虑两个零部件接触面间的摩擦力能否抵抗住零件间的相对运动。

2.2 设计螺栓的结构时应减少螺栓承受的扭力

对于螺栓承受的扭力, 是螺栓紧固过程中, 克服螺栓与螺母螺纹间的摩擦力造成的, 只要螺栓旋紧, 就会产生, 我们无法完全避免, 但我们可以通过采取一些措施使之减小。首先, 我们分析这个力的产生原因, 这个力的大小是受螺栓紧固时, 螺纹间的相互压力和摩擦系数的影响, 减小压力和摩擦系数都会使该力成比例下降。

通常讲, 螺纹间的压力就是螺栓的拉力, 那么我们如何在螺栓紧固过程中减小这个压力呢?首先, 摩擦力的产生, 是在两接触面出现相对运动或存在相对运动的趋势时才会存在, 因此, 只有在螺母与螺栓间相对旋转时, 才能产生摩擦力。那么, 我们只要在螺母与螺栓间相对旋转时, 减小螺纹间的压力, 就可以减小它们间的摩擦力。我们知道, 在高强度螺栓的使用过程中, 有两种紧固工艺, 一种是用扭力扳手, 通过旋紧螺母的方式紧固。采用这种方式, 螺纹间的压力就是螺栓的拉力。另一种紧固方式是采用拉拔器紧固, 这种方式是用拉拔器将螺栓拉至设计要求的拉力值, 然后将螺母手动旋紧, 这时螺纹间的压力就是螺母的重量, 采用这种方式紧固的螺栓, 几乎不存在扭力。

还有一个减小摩擦力的途径就是减小摩擦系数。目前, 各厂家比较通行的做法是在螺栓的螺纹部分涂抹润滑剂, 如二硫化钼等。但大部分厂家涂抹润滑剂的目的并不是为了减小螺杆本身承受的扭力, 而是为了获得相对稳定的扭力系数, 和紧固时更轻松, 从而确定螺栓紧固时的扭矩值。间接地也减小了螺杆承受的扭矩, 但不能彻底避免。

螺纹间的摩擦力有正反两个方面的作用, 不好的方面是使我们在紧固过程中费力, 使螺杆承受扭力, 这个扭力一方面会使螺杆受力复杂, 另一方面, 在交变力的作用下, 容易使螺栓松动。摩擦力好的一面, 就是当螺栓紧固到位后, 它起到了防松的作用。尽管我们采用涂抹润滑剂使得螺栓紧固更加轻松, 但是它大大降低了螺栓的防松效果。个别螺栓的松动, 会导致旁边螺栓承受的载荷成倍增加, 从而导致螺栓逐个断裂, 如果不能及时发现, 就有可能酿成大的事故。

通过扭矩法实现螺栓紧固的方式, 还有一个很大的缺点, 由于不同厂家, 不同批次生产的螺栓、螺母, 螺纹间的摩擦系数差距较大, 即使涂抹润滑剂, 不同厂家不同批次的润滑剂, 甚至润滑剂涂抹的多少, 都会对螺纹间的摩擦系数产生较大影响, 从而影响扭矩系数。因此, 很难针对设计要求的螺栓拉力值找到准确稳定的扭矩值, 最终不能保证螺栓的紧固力满足设计要求。

通过以上分析, 我们可以认识到, 对于连接型螺栓应该尽量采用拉拔方式紧固。为了在今后的生产过程中, 方便使用拉拔器, 设计时必须根据拉拔工艺特点, 设计出操作空间。同时, 为避免在风机运行过程中, 出现螺栓松动, 在设计螺栓拉力时, 要给出合理的预紧力, 从而起到防松效果。

2.3 高强度螺栓的生产检验

高强度螺栓的生产与检验有很多国家标准和企业标准, 在此不再累述。这里只想提的一点是, 一定要在螺栓热处理完成后, 按热处理炉次逐批取样, 进行螺栓的整体拉断试验, 计算出螺栓的抗拉强度, 再与标准进行比对, 判断螺栓是否合格。这样做的意义是避免在加工试棒时, 将螺栓在热处理过程中出现的质量缺陷加工掉 (如微裂纹等) , 从而掩盖热处理过程中造成的质量缺陷。至少螺栓使用厂家应该将此项作为螺栓产品入厂检验的依据, 从而更好的确保风机的可靠运行。

另一方面, 建议螺栓生产厂家, 对不同级别, 不同规格的螺栓, 在稳定的热处理工艺下, 增加疲劳试验项目, 特别是低温疲劳试验, 为风机的整体设计提供可靠的依据。

2.4 高强度螺栓的使用

前面在螺栓接头的设计中, 讨论并分析了螺栓的紧固方式尽可能的采用拉拔的形式。但是在风机生产装配过程中还是要注意以下几个方面的问题。一是要注意两零件的接触面上一定不要有油渍等污染, 接触面要平整, 不能有凸点, 这些缺陷都会减低接触面的摩擦力, 致使有可能导致螺栓承受不应该有的横向切应力;二是在装配时要尽可能地使螺栓孔与螺栓对正, 至少要保证安装时螺栓能自由穿入螺栓孔;三是要每天使用拉拔器前, 对拉拔器上安装的压力表进行校验, 防止压力表失常, 导致拉力过大或过小等等。

3 结束语

细节决定成败, 我们工作中任何一个关键步骤上小的失误, 都有可能导致不可挽回的巨大损失。因此, 螺栓虽小, 它却承载着整台风机的安危, 切不可以小视!

以上是本人在工作中对连接型螺栓应用的一些体会, 提出来供各位专家讨论, 有不当之处, 敬请批评指导。

摘要：风机运行过程中, 风作用在叶片、机舱和塔筒上的载荷, 都是通过螺栓从一个零件传递到另一个零件, 直至风机基础。任何一个环节上螺栓的失效, 都可能带来灾难性后果。本文从设计、生产检验以及安装使用等不同方面, 讨论了应该考虑的因素和采取的措施, 通过采取这些措施, 可以更加有效地保证风机的安全运行。

非并网风力发电 第8篇

关键词：风力发电,并网逆变,控制,设计要点

风力发电是我国目前技术较成熟, 并能够大规模发展的技术, 从长远来考虑, 风力发电是最有可能成为世纪性的发展能源。

1 风力发电并网控制方法

风力发电的原理为, 将风能转换成为电能, 而这一转换又分为两个步骤, 首先, 将风能转成成为机械能, 然后, 再将机械能转换成为最终人们所需要的电能, 再将电能注入电网。而这一过程中的第一步要由风轮机来实现, 接下来才用到发电机。而风轮机, 由于其空气动力学方面的特性, 它决定着发电机控制环路与控制指标的设计, 而这一问题却是风力发电系统研究过程中必须面对的。在发电过程中, 风轮机将风力吸引, 并由发电机将吸收来的风力转换成为电能, 或者, 风轮机也能够以动能的方式将吸收进来的能量存储起来, 但是最终都会被转换成为供人们使用的电能。第二个过程需要非常高效率地去完成, 想要提高发电机的效率, 那么最关键的就是对第一个过程进行到位的控制, 而想到对这一过程控制自如就必须对风轮机的特性非常了解。

另外, 在不同风速下, 对发电机的控制需要不同的策略, 在网速较低的情况下, 发电机机必须保持其最大的Cp, 发电机额定功率要大于必电机所输出的实际功率, 将桨距角保持在最大值, 叶尖速比也要保持在最优的状态, 这个时候, 发电机的转速便会随着网速的不断升高而升高, 力矩也就随着风速的升高不断升高。在较高的风速下, 工作状态处于最大的Cp, 发电机的额定功率不大于必电机所输出的实际功率, 这个时候, 发电机所达到的转差速率是最大的, 力矩的电流也已经达到了最大, 发电机所输入的电流与其转速都达到了它的额定值, 已经无法再升高了。

2 风力发电并网控制系统的设计要点

2.1 硬件控制系统

硬件控制电路的主要功能为调理采样信号, 产生PWM脉冲, 驱动IGBT, 检测网侧电压是否过零点, 防止桥臂上下贯穿, 检测IGBT的故障信号。

核心控制风力发电机组的任务由变流控制与主控制系统一起实现, 其中, 主控系统专门负责对整机的控制, 而变流控制系统主要负责按照主控板发出的给定信号, 向变流系统中各个相关的部件发出其相应的控制脉冲, 从而让发电机中的能量通过一系列处理后送入电网, 在直流电压保持恒定的时候, 使逆变器所输出的电流符合电网连接所要达到的要求。

2.2 外围电路DSP

首先, 是电源转换电路。本控制系统仅可以输入的电压为正负15V, 再将正负15V的电源通过变换, 成为5V DSP电源和3.3VRAM电源, 然后通过电压, 监测单元进行实时监测。

然后, 是源监测电路。该电路是DSP外围监测电压的单元, 内部还设置了复位功能, 它可以对DSP进行手动复位, 如果电源电压情况不稳定, 它将进行自动复位。可以采用MAX8118型号的芯片, 这种系列的芯片常被用于一些电子系统的微电子处理器以及显示器的供电, 电平信号有一个特定值, 一旦倍低于该值, 便会产生复位信号, 如果电源电压一直下降, 甚至不足2.93V, 电源监测电路便会自动产生复位信号。

接下来是电平转换电路。一般而言, 在控制电路中很多时候需要将其他数字电路中的5V信号输入进DSP中, 这时, 信号必须被转换成3.3V。可以使用双电源电平移位器来进行转换, 输入5V信号, 经过其转换, 便可以输出能在DSP环境中工作的3.3V信号, 或者, 也可以将3.3V信号转换成5V信号。

再来是DSP中的A/D转换电路。从前, 调试A/D转换的精度并不高, 经过更深层次的分析后了解到, 给DSP的电压基准不精确, 很可能是因为在使用DSP供电芯片时, 其他芯片对其产生干扰而导致的。因此, 在设计中, 可以采用专用的基准芯片, 它可以用于更精确的A/D或者D/A间的相互转换。

再说说采样信号的调理。首先, 由一个功率电阻将电压与电流输出的一个电流信号软的成为一个电压信号, 该信号通过阻容滤波处理后, 与另一直流电压给出的信号进行叠加, 然后将比例放大, 最后该信号被送进DSP的A/D输入口。以上提到的叠加, 目的就在于将输入的交流信号进行偏置, 将其电压控制在0到3.3V以内, 以满足DSP的A/D输入口对信号的要求。而滤波和比例放大的目的又在于, 将信号减到最低。

然后要说的是故障检测电路。其电路的故障信号共有六路, 由阻容对这六路故障信号进行滤波, 然后送入相关芯片。如果其中一个IGBT信号出现故障, 相应芯片的Q口便会输出低电平, 将与其对应的二极管点亮, 所有的Q信号由一片双四传进到与门中, 然后再送往DSP的输入输出口。这么一来, 只要六个IGBT信号中有一个出现故障, 输入I/O口的信号都会变成低电平, 再由相关软件进行检测, 然后将六路相关脉冲全部封锁。

最后再说下系统干扰措施。在设计时, 可靠性指标在系统中起到非常重要的作用, 它是系统中的一个重要指标, 它直接关系到系统最终的实现问题, 那么可靠性有哪些指标呢?主要有两个, 即可靠度与平均无故障工作时间。无论是外部因素还是内部因素, 都有可能会影响到系统的可靠性, 内外部因素有很多, 这里就不一一例举。可靠性设计不仅包括硬件, 同样也包括软件。

风力发电由于其诸多优势, 被人们越来越广泛地使用, 目前, 人们对风能量所了解到的还非常少, 想要更合理地利用风能量还需不断探索与研究, 而风力发电技术也将变得越来越成熟, 人们对风能量的使用将为人类带来很大的便捷。

参考文献

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