引言
隨著煤碳、石油等能源的逐漸枯竭，人類越來越重視可再生能源的利用。而風(fēng)力發(fā)電是可再生能源中最廉價(jià)、最有希望的能源，并且是一種不污染環(huán)境的“綠色能源”。目前國(guó)外數(shù)百千瓦級(jí)的大型風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)商品化，兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也即將商品化。全世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘恳殉^1000萬千瓦，單位千瓦造價(jià)為1000美元，發(fā)電成本為5美分/千瓦時(shí)，已經(jīng)具有與火力發(fā)電相競(jìng)爭(zhēng)的能力。
1 前言
我國(guó)的風(fēng)能資源豐富，理論儲(chǔ)量為16億kw，實(shí)際可利用2.5億kw，有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?995年初，國(guó)家計(jì)委、科委、經(jīng)貿(mào)委聯(lián)合發(fā)表了《中國(guó)新能源和可再生能源發(fā)展綱要（1996～2010）》。1996年3月，國(guó)家計(jì)委又制定了以國(guó)產(chǎn)化帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)化的風(fēng)電發(fā)展計(jì)劃，即有名的“乘風(fēng)計(jì)劃”，為我國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)國(guó)產(chǎn)化指明了方向，創(chuàng)造了條件。同時(shí)，我國(guó)也是利用風(fēng)能資源進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水較早的國(guó)家，到1996年底，我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保有量達(dá)15萬臺(tái)，年生產(chǎn)能力為3萬臺(tái)，均居世界首位。
2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型
2.1 恒速恒頻與變速恒頻
在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致，即保持頻率恒定。恒速恒頻即在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速（也即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速）不變，從而得到恒頻的電能。在風(fēng)力發(fā)電過程中讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化，而通過其它控制方式來得到恒頻電能的方法稱為變速恒頻。
2.2 兩種類型機(jī)組的性能比較
由于風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)速在一定范圍變化時(shí)，如果允許風(fēng)車做變速運(yùn)動(dòng)，則能達(dá)到更好利用風(fēng)能的目的。風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的效率可用輸出功率系數(shù)cp來表示，cp在某一確定的風(fēng)輪周速比λ（槳葉尖速度與風(fēng)速之比）下達(dá)到最大值。恒速恒頻機(jī)組的風(fēng)車轉(zhuǎn)速保持不變，而風(fēng)速又經(jīng)常在變化，顯然cp不可能保持在最佳值。變速恒頻機(jī)組的特點(diǎn)是風(fēng)車和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。由于風(fēng)車的轉(zhuǎn)速可變，可以通過適當(dāng)?shù)目刂疲癸L(fēng)車的周速比處于或接近最佳值，從而最大限度地利用風(fēng)能發(fā)電。
2.3 恒速恒頻機(jī)組的特點(diǎn)
目前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用最多的異步發(fā)電機(jī)屬于恒速恒頻發(fā)電機(jī)組。為了適應(yīng)大小風(fēng)速的要求，一般采用兩臺(tái)不同容量、不同極數(shù)的異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)速低時(shí)用小容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)速高時(shí)則用大容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)一般通過變槳距系統(tǒng)改變槳葉的攻角以調(diào)整輸出功率。但這也只能使異步發(fā)電機(jī)在兩個(gè)風(fēng)速下具有較佳的輸出系數(shù)，無法有效地利用不同風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能。
2.4 變速恒頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
可用于風(fēng)力發(fā)電的變速恒頻系統(tǒng)有多種:如交一直一交變頻系統(tǒng)，交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，無刷雙饋電機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，同步異步變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等。這種變速恒頻系統(tǒng)有的是通過改造發(fā)電機(jī)本身結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)變速恒頻的;有的則是發(fā)電機(jī)與電力電子裝置、微機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)變速恒頻的。它們各有其特點(diǎn)，適用場(chǎng)合也不一樣。為了充分利用不同風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能，應(yīng)該對(duì)各種變速恒頻技術(shù)做深入的研究，盡快開發(fā)出實(shí)用的，適合于風(fēng)力發(fā)電的變速恒頻技術(shù)。
3恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組的控制
3.1 風(fēng)電機(jī)組的軟啟動(dòng)并網(wǎng)
在風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)速的變化情況進(jìn)行不間斷的檢測(cè)，當(dāng)10分鐘平均風(fēng)速大于起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，控制風(fēng)電機(jī)組作好切入電網(wǎng)的一切準(zhǔn)備工作:松開機(jī)械剎車，收回葉尖阻尼板，風(fēng)輪處于迎風(fēng)方向。控制系統(tǒng)不間斷地檢測(cè)各傳感器信號(hào)是否正常，如液壓系統(tǒng)壓力是否正常，風(fēng)向是否偏離，電網(wǎng)參數(shù)是否正常等。如10分鐘平均風(fēng)速仍大于起動(dòng)風(fēng)速，則檢測(cè)風(fēng)輪是否已開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并開啟晶閘管限流軟起動(dòng)裝置快速起動(dòng)風(fēng)輪機(jī)，并對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行控制，使其不超過最大限定值。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)，由于其轉(zhuǎn)速很小，切入電網(wǎng)時(shí)其轉(zhuǎn)差率很大，因而會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于發(fā)電機(jī)額定電流的5～7倍的沖擊電流，這個(gè)電流不僅對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，也會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組的壽命。因此在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)過程中采取限流軟起動(dòng)技術(shù)，以控制起動(dòng)電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)電流驟然下降，控制器發(fā)出指令，將晶閘管旁路。晶閘管旁路后，限流軟起動(dòng)控制器自動(dòng)復(fù)位，等待下一次起動(dòng)信號(hào)。這個(gè)起動(dòng)過程約40s左右，若超過這個(gè)時(shí)間，被認(rèn)為是起動(dòng)失敗，發(fā)電機(jī)將被切出電網(wǎng)，控制器根據(jù)檢測(cè)信號(hào)，確定機(jī)組是否重新起動(dòng)。
