1前言

　　隨著煤碳、石油等能源的逐漸枯竭，人類越來(lái)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^(guò)1000萬(wàn)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。

　　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(wàn)臺(tái)，年生產(chǎn)能力為3萬(wàn)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(guò)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(guò)程中讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化，而通過(guò)其它控制方式來(lái)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(lái)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(guò)適當(dāng)?shù)目刂?，使風(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(guò)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(wú)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(wú)刷雙饋電機(jī)系統(tǒng)，開(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)機(jī)械剎車，收回葉尖阻尼板，風(fēng)輪處于迎風(fēng)方向?？刂葡到y(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(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)程約40S左右，若超過(guò)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)。

　　異步風(fēng)電機(jī)組也可在起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速低于同步速時(shí)不并網(wǎng)，等接近或達(dá)到同步速時(shí)再切入電網(wǎng)，則可避免沖擊電流，也可省掉晶閘管限流軟啟動(dòng)器。

　　3.2大小發(fā)電機(jī)的切換控制

　　在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，因風(fēng)速的變化而引起發(fā)電機(jī)的輸出功率發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的變化對(duì)大小發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)切換，從而提高風(fēng)電機(jī)組的效率。具體控制方法為:

　?。?）小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換

　　在小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電期間，控制系統(tǒng)對(duì)其輸出功率進(jìn)行檢測(cè)，若1秒鐘內(nèi)瞬時(shí)功率超過(guò)小發(fā)電機(jī)額定功率的20%，或2分鐘內(nèi)的平均功率大于某一定值時(shí)，則實(shí)現(xiàn)小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換。切換過(guò)程為:首先切除補(bǔ)償電容，然后小發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，等風(fēng)輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)到一定速度后，再實(shí)現(xiàn)大發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng);若在切換過(guò)程中風(fēng)速突然變小，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速反而降低的情況下，應(yīng)再將小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)，重新實(shí)現(xiàn)小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行。

　?。?）大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換

　　檢測(cè)大發(fā)電機(jī)的輸出功率，若2分鐘內(nèi)平均功率小于某一設(shè)定值（此值應(yīng)小于小發(fā)電機(jī)的額定功率）時(shí)，或50S瞬時(shí)功率小于另一更小的設(shè)定值時(shí)，立即切換到小發(fā)電機(jī)運(yùn)行。切換過(guò)程為:切除大發(fā)電機(jī)的補(bǔ)償電容器，脫網(wǎng)，然后小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)，計(jì)時(shí)20S，測(cè)量小發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若20S后未達(dá)到小發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，則停機(jī)，控制系統(tǒng)復(fù)位，重新起動(dòng)。若20S內(nèi)轉(zhuǎn)速已達(dá)到小發(fā)電機(jī)旁路轉(zhuǎn)速則旁路晶閘管軟起動(dòng)裝置，再根據(jù)系統(tǒng)無(wú)功功率情況投入補(bǔ)償電容器。

　　3.3變槳距控制方式及其改進(jìn)

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以后，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速的變化，通過(guò)槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變槳葉攻角以調(diào)整輸出電功率，更有效地利用風(fēng)能。在額定風(fēng)速以下時(shí)，此時(shí)葉片攻角在零度附近，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的輸出功率隨風(fēng)速的變化而變化。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速以上時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片的攻角，保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許的范圍內(nèi)。但是，由于自然界的風(fēng)力變幻莫測(cè)。風(fēng)速總是處在不斷地變化之中，而風(fēng)能與風(fēng)速之間成三次方的關(guān)系，風(fēng)速的較小變化都將造成風(fēng)能的較大變化，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率處于不斷變化的狀態(tài)。對(duì)于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速后，變槳距機(jī)構(gòu)為了限制發(fā)電機(jī)輸出功率，將調(diào)節(jié)槳距，以調(diào)節(jié)輸出功率。如果風(fēng)速變化幅度大，頻率高，將導(dǎo)致變槳距機(jī)構(gòu)頻繁大幅度動(dòng)作，使變槳距機(jī)構(gòu)容易損壞;同時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)控制的葉片槳距為大慣量系統(tǒng)，存在較大的滯后時(shí)間，槳距調(diào)節(jié)的滯后也將造成發(fā)電機(jī)輸出功率的較大波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)造成一定的不良影響。

　　為了減小變槳距調(diào)節(jié)方式對(duì)電網(wǎng)的不良影響，可采用一種新的功率輔助調(diào)節(jié)方式-RCC（RotorCurrentControl轉(zhuǎn)子電流控制）方式來(lái)配合變槳距機(jī)構(gòu)，共同完成發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)節(jié)。RCC控制必須使用在線繞式異步發(fā)電機(jī)上，通過(guò)電力電子裝置，控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，使普通異步發(fā)電機(jī)成為可變滑差發(fā)電機(jī)。RCC控制是一種快速電氣控制方式，用于克服風(fēng)速的快速變化。采用了RCC控制的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，變槳距機(jī)構(gòu)主要用于風(fēng)速緩慢上升或下降的情況，通過(guò)調(diào)整葉片攻角，調(diào)節(jié)輸出功率；RCC控制單元?jiǎng)t應(yīng)用于風(fēng)速變化較快的情況，當(dāng)風(fēng)速突然發(fā)生變化時(shí)，RCC單元調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的滑差，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)變化，同時(shí)保持轉(zhuǎn)子電流不變，發(fā)電機(jī)的輸出功率也就保持不變。

　　3.4無(wú)功補(bǔ)償控制

　　由于異步發(fā)電機(jī)要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，使風(fēng)電機(jī)組的功率因數(shù)降低。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般要求其功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，所以必須用電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。由于風(fēng)速變化的隨機(jī)性，在達(dá)到額定功率前，發(fā)電機(jī)的輸出功率大小是隨機(jī)變化的，因此對(duì)補(bǔ)償電容的投入與切除需要進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)中設(shè)有四組容量不同的補(bǔ)償電容，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸出無(wú)功功率的變化，控制補(bǔ)償電容器分段投入或切除。保證在半功率點(diǎn)的功率因數(shù)達(dá)到0.99以上。

　　3.5偏航與自動(dòng)解纜控制

　　偏航控制系統(tǒng)有三個(gè)主要功能:（1）正常運(yùn)行時(shí)自動(dòng)對(duì)風(fēng)。當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開(kāi)始對(duì)風(fēng)，直到達(dá)到允許的誤差范圍內(nèi)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)停止。（2）繞纜時(shí)自動(dòng)解纜。當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)2.3圈后，若此時(shí)風(fēng)速小于風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)速且無(wú)功率輸出，則停機(jī)，控制系統(tǒng)使機(jī)艙反方向旋轉(zhuǎn)2.3圈解繞;若此時(shí)機(jī)組有功率輸出，則暫不自動(dòng)解繞;若機(jī)艙繼續(xù)向同一方向偏轉(zhuǎn)累計(jì)達(dá)3圈時(shí)，則控制停機(jī)，解繞;若因故障自動(dòng)解繞未成功，在扭纜達(dá)4圈時(shí)，扭纜機(jī)械開(kāi)關(guān)將動(dòng)作，此時(shí)報(bào)告扭纜故障，自動(dòng)停機(jī)，等待人工解纜操作。（3）失速保護(hù)時(shí)偏離風(fēng)向。當(dāng)有特大強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時(shí)，停機(jī)，釋放葉尖阻尼板，槳距調(diào)到最大，偏航90o背風(fēng)，以保護(hù)風(fēng)輪免受損壞。

　　3.6停車控制

　　停機(jī)過(guò)程分為正常停機(jī)和緊急停機(jī)。

　?。?）正常停機(jī)

　　當(dāng)控制器發(fā)出正常停機(jī)指令后，風(fēng)電機(jī)組將按下列程序停機(jī):①切除補(bǔ)償電容器;②釋放葉尖阻尼板;③發(fā)電機(jī)脫網(wǎng);④測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定值后，投入機(jī)械剎車;⑤若出現(xiàn)剎車故障則收槳，機(jī)艙偏航900背風(fēng)。

　?。?）緊急故障停機(jī)

　　當(dāng)出現(xiàn)緊急停機(jī)故障時(shí)，執(zhí)行如下停機(jī)操作:首先切除補(bǔ)償電容器，葉尖阻尼板動(dòng)作，延時(shí)0.3秒后卡鉗閘動(dòng)作。檢測(cè)瞬時(shí)功率為負(fù)或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于同步速時(shí)，發(fā)電機(jī)解列（脫網(wǎng)），若制動(dòng)時(shí)間超過(guò)20S，轉(zhuǎn)速仍未降到某設(shè)定值，則收槳，機(jī)艙偏航900背風(fēng)。停機(jī)如果是由于外部原因，例如風(fēng)速過(guò)小或過(guò)大，或因電網(wǎng)故障，風(fēng)電機(jī)組停機(jī)后將自動(dòng)處于待機(jī)狀態(tài);如果是由于機(jī)組內(nèi)部故障，控制器需要得到已修復(fù)指令，才能進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

　　4變速恒頻發(fā)電機(jī)組的控制

　　4.1同步發(fā)電機(jī)交一直一交系統(tǒng)的控制

　　這種類型的風(fēng)電機(jī)組采用同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能的頻率、電壓、電功率都是隨著風(fēng)速的變化而變化的，這樣有利于最大限度地利用風(fēng)能資源，而恒頻恒壓并網(wǎng)的任務(wù)則由交一直一交系統(tǒng)完成。

　　（1）風(fēng)輪機(jī)的控制

　　風(fēng)輪機(jī)的起動(dòng)、控制、保護(hù)功能基本上與恒速恒頻機(jī)組相似，所不同的是這類機(jī)組一般采用定槳距風(fēng)輪，因此省去了變槳距控制機(jī)構(gòu)。

　　（2）發(fā)電機(jī)的控制

　　發(fā)電機(jī)的輸出功率由勵(lì)磁來(lái)控制。當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，以固定勵(lì)磁運(yùn)行;當(dāng)輸出功率超過(guò)額定功率時(shí)，則通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許的安全范圍內(nèi)運(yùn)行。勵(lì)磁的調(diào)整是由控制器調(diào)整勵(lì)磁系統(tǒng)晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　（3）交-直-交變頻系統(tǒng)的控制

　　這里的變頻器的概念與普通變頻器的概念是不一樣的。普通變頻器是將電壓和頻率固定的市電（220/380V，50Hz），變成頻率和電壓都可變的電源，以適應(yīng)各種用電器的需要，如果用于變頻調(diào)速系統(tǒng)，則電壓和頻率根據(jù)負(fù)載的要求不斷地改變。相反，這里的變頻器則是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和頻率都在不斷改變的電能，變成頻率和電壓都穩(wěn)定（220/380V，50Hz）的電能，以便與電網(wǎng)的電壓及頻率相匹配，而使風(fēng)電機(jī)組能并網(wǎng)運(yùn)行。

　　所謂的“交-直-交”變頻，是變頻方式的一種，是將一種頻率和電壓的交流電整流成直流電，再通過(guò)微機(jī)控制電力電子器件，將直流電再逆變成某種頻率和電壓的交流電的變頻方式。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，經(jīng)二極管三相全橋整流成直流電后，再由六只絕緣柵雙極型電力晶體管（IGBT），在控制和驅(qū)動(dòng)電路的控制下，逆變成三相交流電并入電網(wǎng)。逆變器的控制一般采用SPWM-VVVF方式，即正弦波脈寬調(diào)制式變壓變頻方式。采用交-直-交系統(tǒng)的變頻裝置的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120%以上。

　　4.2雙饋發(fā)電機(jī)的控制

　　目前的風(fēng)電機(jī)組多采用恒速恒頻系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)多采用同步電機(jī)或異步感應(yīng)電機(jī)。在風(fēng)電機(jī)組向恒頻電網(wǎng)送電時(shí)，不需要調(diào)速，因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率將強(qiáng)迫控制風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速。在這種情況下，風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下維持或近似維持同一轉(zhuǎn)速。效率下降，被迫降低出力，甚至停機(jī)，這顯然是不可取的。與之不同的是，無(wú)論處于亞同步速或超同步速的雙饋發(fā)電機(jī)都可以在不同的風(fēng)速下運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化做相應(yīng)的調(diào)整，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行始終處于最佳狀態(tài)，機(jī)組效率提高。同時(shí)，定子輸出功率的電壓和頻率卻可以維持不變，既可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　（1）雙饋電機(jī)的工作特性

　　雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于繞線式感應(yīng)電機(jī)，定子繞組也由具有固定頻率的對(duì)稱三相電源激勵(lì)，所不同的是轉(zhuǎn)子繞組具有可調(diào)節(jié)頻率的三相電源激勵(lì)，一般采用交-交變頻器或交-直-交變頻器供以低頻電流

　　。

　　當(dāng)雙饋電機(jī)定子對(duì)稱三相繞組由頻率為f1（f1=P.n1/60）的三相電源供電時(shí)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n＝（l-s）n1（s為轉(zhuǎn)差率，n1為氣隙中基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速率）。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)應(yīng)保持相對(duì)靜止，即應(yīng)滿足:ωR＝ω1-ω2，其中:ωR是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率;ω1是定子電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角頻率;ω2是轉(zhuǎn)子電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角頻率。由此可得轉(zhuǎn)子供電頻率f2＝S.f1，此時(shí)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)均以同步速n1旋轉(zhuǎn)，兩者保持相對(duì)靜止。

　　與同步電機(jī)相比，雙饋電機(jī)勵(lì)磁可調(diào)量有三個(gè):一是與同步電機(jī)一樣，可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值;二是可以改變勵(lì)磁電流的頻率；三是可以改變勵(lì)磁電流的相位。通過(guò)改變勵(lì)磁頻率，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這樣在負(fù)荷突然變化時(shí)，迅速改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，充分利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，釋放和吸收負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)遠(yuǎn)比常規(guī)電機(jī)小。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率的目的。而同步電機(jī)的可調(diào)量只有一個(gè)，即勵(lì)磁電流的幅值，所以調(diào)節(jié)同步電機(jī)的勵(lì)磁一般只能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。與之不同的是雙饋電機(jī)的勵(lì)磁除了可以調(diào)節(jié)電流幅值外，亦可以調(diào)節(jié)其相位，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流的相位改變時(shí)，由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙空間的位置就產(chǎn)生一個(gè)位移，改變了雙饋電機(jī)電勢(shì)與電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置，也就改變了電機(jī)的功率角。所以雙饋電機(jī)不僅可調(diào)節(jié)無(wú)功功率，也可調(diào)節(jié)有功功率。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)電機(jī)吸收電網(wǎng)的無(wú)功功率時(shí)，往往功率角變大，使電機(jī)的穩(wěn)定性下降。而雙饋電機(jī)卻可通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的相位，減小機(jī)組的功率角，使機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性提高，從而可多吸收無(wú)功功率，克服由于晚間負(fù)荷下降，電網(wǎng)電壓過(guò)高的困難。與之相比，異步發(fā)電機(jī)卻因需從電網(wǎng)吸收無(wú)功的勵(lì)磁電流，與電網(wǎng)并列運(yùn)行后，造成電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。所以雙饋電機(jī)較同步電機(jī)和異步電機(jī)都有著更加優(yōu)越的運(yùn)行性能。

　　（2）風(fēng)力發(fā)電中雙饋電機(jī)的控制

　　在風(fēng)力發(fā)電中，由于風(fēng)速變幻莫測(cè)，使對(duì)其的利用存在一定的困難。所以改善風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率，最充分地利用風(fēng)能資源，有著十分重要的意義。任何一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都包括作為原動(dòng)機(jī)的風(fēng)力機(jī)和將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電機(jī)。其中，作為原動(dòng)機(jī)的風(fēng)力機(jī)，其效率在很大程度上決定了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效率，而風(fēng)力機(jī)的效率又在很大程度上取決于其負(fù)荷是否處于最佳狀態(tài)。不管一個(gè)風(fēng)力機(jī)是如何精細(xì)地設(shè)計(jì)和施工建造，若它處于過(guò)載或久載的狀態(tài)下，都會(huì)損失其效率。從風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)曲線可以看出，存在一個(gè)最佳周速比λ，對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳的效率。所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最佳控制是維持最佳周速比λ。另外，由于要考慮電網(wǎng)對(duì)有功功率和無(wú)功功率的要求，所以風(fēng)力機(jī)最佳工況時(shí)的轉(zhuǎn)速應(yīng)由其氣動(dòng)曲線及電網(wǎng)的功率指令綜合得出。也就是說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速及負(fù)荷的變化應(yīng)及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整，依靠轉(zhuǎn)子動(dòng)能的變化，吸收或釋放功率，減少對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。通過(guò)變頻器控制器對(duì)逆變電路中功率器件的控制?？梢愿淖冸p饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值、頻率及相位角，達(dá)到調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速、有功功率和無(wú)功功率的目的，既提高了機(jī)組的效率，又對(duì)電網(wǎng)起到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的作用。

　　整個(gè)控制系統(tǒng)可分為三個(gè)單元:轉(zhuǎn)速調(diào)整單元、有功功率調(diào)整單元、電壓調(diào)整單元（無(wú)功功率調(diào)整）。它們分別接受風(fēng)速和轉(zhuǎn)速、有功功率、無(wú)功功率指令，并產(chǎn)生一個(gè)綜合信號(hào)，送給勵(lì)磁控制裝置，改變勵(lì)磁電流的幅值、頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機(jī)既可調(diào)節(jié)有功功率，又可調(diào)節(jié)無(wú)功功率，有風(fēng)時(shí)，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電;無(wú)風(fēng)時(shí)，也可作抑制電網(wǎng)頻率和電壓波動(dòng)的補(bǔ)償裝置。

　?。?）雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用前景廣闊

　　綜上所述，將雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中，可以解決風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)、機(jī)組效率低等問(wèn)題。另外，由于雙饋電機(jī)對(duì)無(wú)功功率、有功功率均可調(diào)，對(duì)電網(wǎng)可起到穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的作用，提高發(fā)電質(zhì)量。與同步機(jī)交一直一交系統(tǒng)相比，還有變頻裝置容量小（一般為發(fā)電機(jī)額定容量的10～20%）、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，更適合于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用，同時(shí)也降低了造價(jià)。

　　將雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的設(shè)想，不僅在理論上成立，在技術(shù)上也是可行的。與現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性，還是可靠性來(lái)看，都具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，有利于風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程，其發(fā)展前景十分廣闊。