1.2變速雙饋風電機組的控制原理
變速恒頻雙饋風電機組基本原理，如圖1所示。
在變速恒頻雙饋風電機組運行過程中，定子繞組直接與電網相連，而轉子繞組外接轉差頻率電源實現交流勵磁。當發電機轉子頻率fn變化時，控制勵磁電流頻率f2來保證定子輸出頻率f1恒定，
即 f1＝npfn＋f2
式中，np為發電機極對數。
圖1：變速恒頻雙饋風電機組系統原理圖川
當發電機轉速低于氣隙磁場旋轉速度時，作亞同步運行，有f2＞0。轉子旋轉磁場方向與轉子機械旋轉方向相同，變頻器向發電機轉子提供正相序勵磁。
在不計損耗的理想條件下，有：P2＝SP1
式中，P1為定子輸出的電功率；P2為轉子輸入的電功率；s為轉差率。
因s＞0，則P2＞0。變頻器向轉子輸入能量，即，轉子從電網饋入能量；定子向電網饋送能量。
由(2）式可知，作亞同步運行時，變頻器的運行功率隨著轉差率和定子發電功率變化而變化。在定子輸出功率一定的情況下，變頻器的運行功率隨著轉差率的增大而增大。
當發電機轉速高于氣隙磁場旋轉速度時，作超同步運，f2＜0。此時，轉子旋轉磁場方向與轉子機械旋轉方向相反。一方面變頻器向轉子提供反向序勵磁，另一方面，因s＜0，則P2＜0,除定子向電網饋送能量外，轉子也經過變頻器向電網饋送部分電能。由(2)式可知，超同步運行時，當發電機的轉速越高，轉差率越大，定子功率越大，則變頻器的運行功軍越大。
當發電機轉速等于氣隙磁場旋轉速度時，作同步運行，f2＝0。此時，變頻器向轉子提供直流勵磁，另一方面，因s＝0，則P2＝0，變頻器與轉子之間無功率交換。
由（1）式可知，當葉輪轉速n變化時，變頻器通過改變轉子繞組電流的頻率，即可使發電機定子繞組的輸出頻率保持不變，這樣，定子的輸出頻率在超同步和亞同步情況下都能保持恒定。由此可見，發電機轉子勵磁頻率的控制是實現變速恒頻的關鍵。
1.3提高雙饋機組低風效率的原理和方法
根據貝茲理論，機組從風中捕獲的機械功率為：
式中：pm為葉輪吸收的電功率；P為空氣密度；R為風輪半徑；Cp為功率系數（風能利用數）；v為風速；λ為葉尖速比；β為槳葉節距角；n為機組葉輪的轉速。
圖2:葉尖速比與功率系數的關系曲線
由(3）式可見，在風速給定的情況下，葉輪獲得的功率將取決于功率系數，如果在任何風速下，風電機組都能在Cpmax點運行，便可增加其輸出功率。
根據圖2,在任何風速下，只要使得葉輪葉尖速比λ＝λopt，就可以維持機組在Cpmax下運行。因此，風速變化時，只要調節葉輪轉速，使葉尖速度與風速之比保持不變，就可以獲得最佳的功率系數。葉輪的捕獲能力最大。
由于雙饋機組受到最低并網轉速和最高極限轉速的限制，葉輪不能在啟動風速到額定的整個風速段內維持最佳葉尖速比幾，使功率系數最大。雙饋機組的調速范圍雖然可以達到士30%同步轉速，但是，在維持最佳葉尖速比上，只能在一個較小的風速段（一般在5m/s-7. 5m/s之間）內維持最佳葉尖速比，在更低和更高的風速段均會偏離最佳速比λopt。
由（3）式可知，功率系數Ｃｐ（λ，β）只是葉尖速比λ和槳葉節距角β的函數。功率系數Cq（λ,β)與葉輪所吸收的風能成正比，提高功率系數Cp（λ,β）就能提高葉輪吸收的電功率，提高機組效率，提高雙饋風電機組在低風速段的有以下兩種方法：
第一、當葉片安裝角（槳葉片節距角β）不變的情況下，由(4)式可知，要提高雙饋機組在低風速時的效率，需進一步降低機組在低風時的并網轉速，使得機組在低風速段，例如：在3m/s-5m/s時，控制機組的運行轉速使之到最佳葉尖速比λopt，從而達到功率系數的最大值Cpmax。
第二、在最低并網轉速不能降低的情況下，在不同的風速，通過控制改變葉片的安裝角度（槳葉片節距角β），功率系數Cp（λ,β）增加。
通過調節葉片安裝角（槳葉片節距角β）提高低風速效率有以下幾個方面的問題：
第一、調節葉片安裝角度，可以提高功率系數，能在一定程度上提高機組的低風效率，但是，偏離了葉片設計的安裝角，不能達到設計的最大功率系數Cpmax；
第二、在低風速時，變槳系統不斷調節槳葉的節距角，輪毅電機工作時間大大增加，輪毅故障幾率增加。在低風時，機組發電量較低，由于耗電量的增加使機組在低風時的實際發電功率降低；
第三、由于葉輪在低風速段的風頻較高，葉片在安裝角附近頻繁運動，使得變槳軸承齒圈在O。～3。位置磨損嚴重，變槳軸承的壽命縮短，維護、維修成本增加。
因此，在實際機組控制策略中，采用調節葉片安裝角度的方法，提高雙饋機組低風速段效率需要綜合評估。在低風速段，提高雙饋機組效率較為有效的方法是：進一步降低機組的并網轉速。這樣，從理論上講，在低風速段機組均能使控制的葉尖速比兄與葉片設計的最佳葉尖速比λopt，一致，功率系數Cpmax達到最大值。
手機瀏覽網
