變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空載并網(wǎng)技術(shù)
郭家虎12， 張魯華2， 馬斌2，蔡旭2
（1安徽理工大學(xué)電氣學(xué)院，安徽淮南232001；2上海交通大學(xué)風(fēng)力發(fā)電研究中心，上海200240）
摘要：傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)和降壓并網(wǎng)都會在并網(wǎng)瞬問產(chǎn)生很大的沖擊電流，基于定子磁鏈定向的雙饋發(fā)電機(jī)組空載并網(wǎng)，由于并網(wǎng)前定子磁鏈的檢測不準(zhǔn)確也會對電網(wǎng)造成沖擊。根據(jù)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，通過對其數(shù)學(xué)模型的分析，建立了雙饋異步發(fā)電機(jī)的空載數(shù)學(xué)模型，研究r其基于電網(wǎng)電壓定向的空載并網(wǎng)控制策略，避免了由于定子磁鏈準(zhǔn)確造成的電網(wǎng)沖擊。試驗結(jié)果表明，該控制策略可以實現(xiàn)大容量風(fēng)電機(jī)組的無沖擊軟并網(wǎng)，是一種理想的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)方式。
關(guān)鍵詞：雙饋發(fā)電機(jī)；空載并網(wǎng)：電網(wǎng)電壓定向
中圖分類號：tm315文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1673-6540(2010)03-0046-04
0引言
傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)主要有直接并網(wǎng)和降壓并網(wǎng)兩種形式，在并網(wǎng)瞬間會產(chǎn)生很大的沖擊電流，進(jìn)而引起電網(wǎng)電壓波動。隨著風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大，這種沖擊是必須要避免的。變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間構(gòu)成了柔性連接，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流實現(xiàn)在不同轉(zhuǎn)速下的軟并網(wǎng)，避免并網(wǎng)時發(fā)生電流沖擊和過犬的電壓波動。
變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有負(fù)載并網(wǎng)和空載并網(wǎng)兩種形式。這兩種并網(wǎng)方式都允許機(jī)組轉(zhuǎn)速在較大的范圍內(nèi)變化，并且其定子電壓均能迅速向電網(wǎng)電壓收斂，對電網(wǎng)的沖擊較小。其中負(fù)載并網(wǎng)形式下，并網(wǎng)前，發(fā)電機(jī)參與原動機(jī)的能量控制，定子有電流，并網(wǎng)控制所需要的信息不僅取自電網(wǎng)側(cè)，還取白定子側(cè)，控制策略較為復(fù)雜。而空載并網(wǎng)使用設(shè)備少，并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)不參與原動機(jī)的能量控制，定子電流為0，所以其控制方程可以降階，簡化算法。目前的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空載并網(wǎng)大多采用定子磁鏈定向的空載并網(wǎng)方式，它通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流對雙饋異步電機(jī)的定子電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，在雙饋異步電機(jī)的定子電壓和電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相位完全相同時進(jìn)行并網(wǎng)，并網(wǎng)完成后將其從并網(wǎng)控制切換到發(fā)電控制，根據(jù)實際風(fēng)速進(jìn)行功率的實時調(diào)整。但是在雙饋異步電機(jī)沒有并網(wǎng)之前，定子磁鏈并不是恒定不變的，定子磁鏈的檢測和定向都不可能做到十分準(zhǔn)確，從而使得空載并網(wǎng)的控制性能惡化，不可避免地對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。而采用電網(wǎng)電壓定向的空載并網(wǎng)方式不需要觀測定子磁鏈，避免了由于定子磁鏈檢測不準(zhǔn)確而造成的并網(wǎng)性能惡化，使并網(wǎng)過程更加順滑，真正實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下的無沖擊并網(wǎng)。
本文對變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓定向下的空載并網(wǎng)策略進(jìn)行了深入的分析和研究，并建立了一套7.5 kw的風(fēng)力發(fā)電試驗平臺，對整個并網(wǎng)過程進(jìn)行了詳細(xì)的試驗研究，試驗結(jié)果表明本文提出的空載并網(wǎng)控制策略可以有效地實現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無沖擊并網(wǎng)。
1 雙饋異步發(fā)電機(jī)的空載數(shù)學(xué)模型
雙饋電機(jī)定子側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)均采用電動機(jī)慣例，在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型由下述電壓方程、磁鏈方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程及運(yùn)動方程組成[4，6]。
空載并網(wǎng)方式是在并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)不帶負(fù)載，不參與風(fēng)電機(jī)組的能量和轉(zhuǎn)速控制，發(fā)電機(jī)定子端開路，此時有式(5)成立：
在式(5)約束下，雙饋異步發(fā)電機(jī)的磁鏈方程變?yōu)椋?/div>
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