大型风电场及风电机组的控制系统

网;

④　测量发电机转速下降到设定值后，投入机械刹车;

⑤　若出现刹车故障则收桨，机舱偏航900背风。

（2） 紧急故障停机

当出现紧急停机故障时，执行如下停机操作:首先切除补偿电容器，叶尖阻尼板动作，延时0.3秒后卡钳闸动作。检测瞬时功率为负或发电机转速小于同步速时，发电机解列（脱网），若制动时间超过20S，转速仍未降到某设定值，则收桨， 机舱偏航900背风。

停机如果是由于外部原因，例如风速过小或过大，或因电网故障，风电机组停机后将自动处于待机状态;如果是由于机组内部故障，控制器需要得到已修复指令，才能进入待机状态。

4 变速恒频发电机组的控制

4.1　同步发电机交一直一交系统的控制

这种类型的风电机组采用同步发电机，发电机发出的电能的频率、电压、电功率都是随着风速的变化而变化的，这样有利于最大限度地利用风能资源，而恒频恒压并网的任务则由交一直一交系统完成。

（1） 风轮机的控制

风轮机的起动、控制、保护功能基本上与恒速恒频机组相似，所不同的是这类机组一般采用定桨距风轮，因此省去了变桨距控制机构。

（2） 发电机的控制

发电机的输出功率由励磁来控制。当输出功率小于额定功率时，以固定励磁运行;当输出功率超过额定功率时，则通过调整励磁来调整发电机的输出功率在允许的安全范围内运行。励磁的调整是由控制器调整励磁系统晶闸管的导通角来实现的。

（3） 交-直-交变频系统的控制

这里的变频器的概念与普通变频器的概念是不一样的。普通变频器是将电压和频率固定的市电（220/380V，50Hz），
变成频率和电压都可变的电源，以适应各种用电器的需要，如果用于变频调速系统，则电压和频率根据负载的要求不断地改变。相反，这里的变频器则是将风力发电机发出的电压和频率都在不断改变的电能，变成频率和电压都稳定（220/380V，50Hz）的电能，以便与电网的电压及频率相匹配，而使风电机组能并网运行。

所谓的“交-直-交”变频，是变频方式的一种，是将一种频率和电压的交流电整流成直流电，再通过微机控制电力电子器件，将直流电再逆变成某种频率和电压的交流电的变频方式。

风力发电机发出的三相交流电，经二极管三相全桥整流成直流电后，再由六只绝缘栅双极型电力晶体管（IGBT），在控制和驱动电路的控制下，逆变成三相交流电并入电网。逆变器的控制一般采用SPWM-VVVF方式，即正弦波脉宽调制式变压变频方式。采用交-直-交系统的变频装置的容量较大，一般要选发电机额定功率的120%以上。

4.2　双馈发电机的控制

目前的风电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。

（1） 双馈电机的工作特性

双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。

当双馈电机定子对称三相绕组由频率为f1（f1=P?n1/60）的三相电源供电时，由于电机转子的转速n＝（l-s）n1（s为转差率，n1为气隙中基波旋转磁场的同步速率）。为了实现稳定的机电能量转换，定子磁场与转子磁场应保持相对静止，即应满足:

ωR＝ω1-ω2

其中:ωR是转子旋转角频率;

ω1是定子电流形成的旋转磁场的角频率;

ω2是转子电流形成的旋转磁场的角频率。

由此可得转子供电频率f2＝S?f1，此时定转子旋转磁场均以同步速n1旋转，两者保持相对静止。

与同步电机相比，双馈电机励磁可调量有三个:一是与同步电机一样，可以调节励磁电流的幅值;二是可以改变励磁电流的频率；三是可以改变励磁电流的相位。通过改变励磁频率，可调节转速。这样在负荷突然变化时，迅速改变电机的转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电网的扰动远比常规电机校另外，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，可达到调节有功功率和无功功率的目的。而同步电机的可调量只有一个，即励磁电流的幅值，所以调节同步电机的励磁一般只能对无功功率进行补偿。与之不同的是双馈电机的励磁除了可以调节电流幅值外，亦可以调节