关于变速恒频风力发电系统的运行和控制分析作者：徐庆辉来源：《建筑工程技术与设计》2015年第17期摘要：随着电力能源的需求不断增长，风力发电系统也逐步受到重视，关于风力发电系统机组并网的的讨论从未停止。变速恒频技术是实现这一需求的关键性技术，其与恒速恒频的控制方式存在诸多区别，在实际应用中具有相当明显的优势。本文简要介绍了变速恒频风力发电系统的技术基础，对双馈发电机、笼型发电机等几种控制形式进行探析。关键词：变速恒频；风力发电系统；运行；控制【中图分类号】TM614风力发电作为清洁能源发电，具有很大的发展潜力，能够在未来的电力行业中占据一席之地。但是风力发电并入电网存在一定的技术难点，需要通过变速恒频实现风电系统和电网的高效互联，进一步提升风电系统的发展空间和能力。一、风力发电系统变速恒频运行的技术基础探析风力发电系统在变速恒频运行模式下，随着外界风速的变化，风力机的转速也会随之对应出现变化，需要通过一定的控制手段，实现电能传输恒定，就是变速恒频的实质所在。风力机功率的影响因素主要包括了三个，即叶尖转速比、桨叶节距角和风速。根据相关资料可知，风力机功率的计算式为：；；；上述三个计算式中：为空气密度；R为风力机的风轮半径；为风轮的角速度；为风能利用系数。可以看出，桨叶节距角以及叶尖转速比都可对风能利用系数产生较大的影响。在桨叶节距角处于一个固定值时，就只有叶尖转速比对风能利用系数产生影响了。对于风力机来说，其具有一个风能利用系数上限，也就是最大利用值，该值下对应的叶尖转速比是最佳值。在变速恒频技术中，风力机在不同风速下具有不同的运转速度，可以有效切换运转速度追求风能最大转换。风电系统变速恒频的运行方式非常适用，具有下面几个优点。第一，变速恒频运行可以有效减少风力机受到阵风冲击的机械应力影响，可以在风速升高时把阵风余量转化为风力机的转动惯量；当外界风速出现下降的时候，又可以把转动惯量重新释放，通过一定的控制手段使其转为电能。第二，电网和风电机组可以在变速恒频运行模式下进行柔性连接，有效削弱电网和风电系统之间存在的差异，切实降低并网后冲击电流引发的问题，保障电网运行安全。除此之外，变速恒频的实现比较容易，是进行风电并网的不二选择。第三，风力机在低风速条件下会产生噪音，但是变速恒频技术可以有效缓解这一问题。在低风速情况下，风力机可以把存储的动能释放保证风力机的稳定运行，这就避免了风速较低情况下恒速运行产生的噪音。总之，变速恒频运行已经得到国内外风电行业的一致认可，并且开始使用变速恒频取代恒速恒频，在提高发电效率和捕获风能等方面进行着深入研究。二、风电系统的变速恒频控制手段探究（一）双馈发电机在风电系统中的变速恒频控制双馈电机的结构和普通电机比较类似，在风电系统中进行变速恒频控制时，定子绕阻和电网进行直接连接，转子绕阻在变频器作用下可以提供相位、相序、幅值和频率都可以变化的三相低励磁电流。在风速随机变化的情况下，电机转速改变引起变频调节器对转子的励磁电流进行调节，进而促使定子和转子的速度能够实现同步。转差控制是双馈发电机进行调速的基础。发电机转速范围和转子电路的功率具有直接关联，转差功率通常是定子额定功率的三分之一到四分之一。功率转换装置可以大幅缩减变频器成本，简化系统设计。双馈发电机在风电系统中不仅可以实现变速恒频控制，还可以改变发电机功率角、降低变频器的容量、调节励磁电流相位等，能够促使电网和风电系统的并网工作不断简化。但是，这种控制方式也存在一定缺陷，就是交流历次电机中电刷和滑环产生的机械磨损会缩短电机寿命，需要市场时常维护。（二）笼型异步发电机在风电系统中的变速恒频控制笼型异步发电机不存在电刷和滑环这两种结构，这也是它与双馈发电机存在的最大区别。笼型异步电机的结构简单，运行可靠。由于可以在电网中获取励磁电流和感性无功功率，因此不需要励磁装置，所以电机整体结构简单、尺寸较小、重量较轻。利用笼型异步发电机在风电系统中实现变速恒频控制，其从本质上来说是对定子电路进行控制，再将电网和定子进行...