1 引言

近年來隨著能源危機(jī)與環(huán)境問題的日益突出，世界各國都在大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電等可再生能源事業(yè)，其相關(guān)技術(shù)發(fā)展很快，從失速型到變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，從有齒輪箱到直接驅(qū)動型風(fēng)電系統(tǒng)，我國風(fēng)電的裝機(jī)容量也在近幾年內(nèi)獲得了快速增長。為提高風(fēng)能利用效率，降低風(fēng)電成本，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量大型化是風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的大趨勢，采用變速變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)成為mw級以上大型風(fēng)電機(jī)組的重要特征；在目前的變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中，使用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（doubly-fed induction generator， dfig）的雙饋型風(fēng)電系統(tǒng)市場份額最大，使用永磁同步發(fā)電機(jī)（permanent-magnet synchronous generator，pmsg）的直驅(qū)型系統(tǒng)發(fā)展很快。隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的不斷增大，其對電網(wǎng)的影響已經(jīng)不能忽略，很多國家制訂了新的風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)則，對低電壓穿越與無功支持等功能進(jìn)行了規(guī)定，我國也將會有類似的規(guī)則出臺［1-3］。

本文從三種典型風(fēng)電系統(tǒng)出發(fā)，包括失速型風(fēng)電系統(tǒng)、雙饋與永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)。根據(jù)齒輪箱結(jié)構(gòu)及發(fā)電機(jī)類型，討論了目前的風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對所采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了討論和分析。對作為風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)接口的風(fēng)電變流器進(jìn)行了說明，隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大，大功率多電平變流器將會得到較多應(yīng)用；對風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越及無功功率支持等進(jìn)行了分析。針對風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、變流器和低電壓穿越能力等，介紹了不同風(fēng)電公司的相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)。

2 幾種典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以分為失速型與變速恒頻型，其中變速恒頻又可以分為雙饋型和直驅(qū)型；根據(jù)傳動鏈組成，可以分為有齒輪箱和直接驅(qū)動型，有齒輪箱又可以分為多級齒輪+高速發(fā)電機(jī)型與單級齒輪+低速發(fā)電機(jī)型。從不同的角度可以有不同的分類方法，本文從以下幾種典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出發(fā)進(jìn)行討論［4-5］。

圖1是一種典型的失速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括多級齒輪和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)（squirrel-cage induction generator，scig），scig通過變壓器直接與電網(wǎng)連接，scig需要從電網(wǎng)吸收無功功率，因此通常在定子側(cè)并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，以提高scig風(fēng)電系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于scig只能運行在高于同步速的很窄的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，這種系統(tǒng)又被稱為定轉(zhuǎn)速風(fēng)電系統(tǒng)。采用定槳距失速、主動失速和變槳控制進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，由雙向晶閘管構(gòu)成的軟啟動器實現(xiàn)平滑并網(wǎng)，還可以使用雙速發(fā)電機(jī)對其運行進(jìn)行優(yōu)化，風(fēng)速低時用低速小容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)速高時用高速大容量發(fā)電機(jī)發(fā)電。vestas（維斯塔斯），bonus，made，nordex等公司有基于雙速發(fā)電機(jī)的失速型風(fēng)電系統(tǒng)產(chǎn)品。scig失速型風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本較低，適于大批量生產(chǎn)。但是風(fēng)速波動會直接轉(zhuǎn)化為電磁轉(zhuǎn)矩的變化，對系統(tǒng)造成機(jī)械應(yīng)力；不能有效地利用風(fēng)能，效率低；不能向電網(wǎng)提供無功支持。

圖2是典型的雙饋型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括多級齒輪、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)和背靠背雙pwm變流器。dfig定子側(cè)直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子側(cè)通過背靠背雙pwm變流器與電網(wǎng)連接，其中轉(zhuǎn)子側(cè)變流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的頻率和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變速恒頻運行，并對輸出功率因數(shù)進(jìn)行控制，電網(wǎng)側(cè)變流器保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定。dfig變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)可以在較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行，通常在同步速附近±30%左右，背靠背變流器的容量僅占發(fā)電機(jī)容量的25～30%左右。vestas，gamesa（歌美颯），repower，nordex等公司有dfig風(fēng)電系統(tǒng)產(chǎn)品，最大功率等級已經(jīng)超過5mw。dfig風(fēng)電系統(tǒng)既可以超同步運行，又可以亞同步運行，變速范圍寬，能夠?qū)崿F(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，優(yōu)化功率輸出，提高風(fēng)能利用效率，減小運行噪聲和傳動鏈的機(jī)械應(yīng)力，能吸收陣風(fēng)能量，減小轉(zhuǎn)矩脈動和輸出功率的波動，可對輸出有功功率和無功功率進(jìn)行控制，提高輸出功率因數(shù)和電能質(zhì)量，在電網(wǎng)故障時快速提供無功支持，幫助電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。dfig變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，多級齒輪箱仍然是主要故障點之一，存在摩擦損耗、發(fā)熱，噪聲等問題，需要定期維護(hù)；轉(zhuǎn)子上的電刷和滑環(huán)降低了系統(tǒng)的可靠性；電網(wǎng)故障如電壓跌落等，對dfig影響較大，會在轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生較大的過流，可能造成變流器的損壞，幫助其實現(xiàn)低電壓穿越與動態(tài)無功支持的控制策略相對復(fù)雜。

圖3是典型的永磁直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括永磁同步發(fā)電機(jī)和全功率背靠背雙pwm變流器，無齒輪箱。pmsg通過全功率變流器直接與電網(wǎng)連接，通常極對數(shù)較多，低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)矩，徑向尺寸較大，軸向尺寸較小，呈圓環(huán)狀；由于省去了齒輪箱，從而簡化了傳動鏈，提高了系統(tǒng)效率，降低了機(jī)械噪聲，減小了維修量，提高了機(jī)組的壽命和運行可靠性；發(fā)電機(jī)通過變流器與電網(wǎng)隔離，因此其應(yīng)對電網(wǎng)故障的能力更強(qiáng)，與dfig風(fēng)電系統(tǒng)相比，更容易實現(xiàn)低電壓穿越功能。但是永磁材料目前的成本仍然較高；變流器容量較大，損耗較大，變流器的成本較高。理論上永磁體在高溫時存在失磁的風(fēng)險，但是近年來隨著永磁材料性能的不斷提高、價格的下降，pmsg+全功率變流器已經(jīng)成為一種很有吸引力和應(yīng)用前景寬廣的方案。目前，zephyros，mitsubishi，新疆金風(fēng)等公司在市場上有這類產(chǎn)品。

以上討論了三種典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在目前的市場上占據(jù)較大的份額，圖4給出了不同風(fēng)電機(jī)組類型在世界年度裝機(jī)容量中的份額（1995～2004年）［5］，scig風(fēng)電系統(tǒng)的市場份額在不斷下降，從1995年的75%到2004年的25%；dfig風(fēng)電系統(tǒng)的市場份額從1995年基本為0，增長到2004年的55%，替代失速型風(fēng)電系統(tǒng)成為風(fēng)電市場的主導(dǎo)機(jī)型；pmsg&eesg風(fēng)電系統(tǒng)（eesg將在后面討論）在10年間緩慢增長，2004年占市場份額的近20%，目前其增長勢頭要更快一些。但是市場上不只這三種風(fēng)電機(jī)型，根據(jù)發(fā)電機(jī)和齒輪箱的不同，還有很多種其他類型的風(fēng)電系統(tǒng)，也占去了一定的市場份額；下文中將從本節(jié)介紹的三種風(fēng)電機(jī)型出發(fā)，介紹其他的風(fēng)電系統(tǒng)。

隨著風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量將持續(xù)增大，從而節(jié)省安裝空間與成本，特別是海上風(fēng)電，由于海上風(fēng)速更高、空間更大；大型風(fēng)電場將越來越多，風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比重將逐漸增大；電力系統(tǒng)運營商會對風(fēng)電并網(wǎng)提出更高的要求。大型風(fēng)電場的協(xié)調(diào)控制，低電壓穿越與無功支持能力，高壓直流輸電（hvdc）在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)將成為設(shè)備制造商與系統(tǒng)運營商共同關(guān)注的課題。

3 風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)類型

針對圖1的失速型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，vestas公司提出了優(yōu)化滑差（optislip）的概念，采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)（wound rotor induction generator，wrig），wrig定子直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子側(cè)帶有可變電阻，由電力電子變流器對阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)合變槳控制，對功率輸出進(jìn)行優(yōu)化，其他與典型的失速型風(fēng)電系統(tǒng)一樣。目前，vestas，suzlon等公司有這類產(chǎn)品。通過控制轉(zhuǎn)子側(cè)電阻耗散的功能實現(xiàn)變速運行，變速范圍越寬，電機(jī)滑差越大，電阻需要消耗的功率越多，電機(jī)效率越低，電阻上的能量以熱能的形勢損失掉。典型的變速范圍是同步速以上10%以內(nèi)。

針對圖2的dfig風(fēng)電系統(tǒng)，由于存在滑環(huán)和電刷會降低運行可靠性，可以采用無刷dfig（brushless dfig，bdfig），bdfig具有雙定子繞組，一個定子繞組與常規(guī)dfig一樣，直接與電網(wǎng)連接，另一個定子繞組接雙pwm變流器。與常規(guī)dfig比較，省去了滑環(huán)和電刷，但是電機(jī)制造與控制更加復(fù)雜。

針對圖3的pmsg直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，還可以采用電勵磁同步發(fā)電機(jī)（electrically excited synchronous generator，eesc），通常在轉(zhuǎn)子側(cè)進(jìn)行直流勵磁。使用eesc相比使用pmsg的優(yōu)勢在于，轉(zhuǎn)子勵磁電流可控，可以控制磁鏈在不同功率段獲得最小損耗；而且不需要使用成本較高的永磁材料，也避免了永磁體失磁的風(fēng)險。因此eesc在目前的直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中應(yīng)用較多，enercon公司主要經(jīng)營這類產(chǎn)品。但是eesc需要為勵磁繞組提供空間，會使電機(jī)尺寸更大，轉(zhuǎn)子繞組直流勵磁需要滑環(huán)和電刷。pmsg由于不是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，在尺寸及結(jié)構(gòu)上有很大的靈活性，根據(jù)磁通分布可以分為以下幾類：徑向磁通永磁電機(jī)（radial flux pm machine， rfpm）、軸向磁通（axial flux pm machine，afpm）和橫向磁通（transversal flux pm machine，tfpm），其中rfpm結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)固，功率密度更高，在大功率直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中得到了較多應(yīng)用［6］。

在以上討論的基礎(chǔ)上，根據(jù)齒輪箱結(jié)構(gòu)和發(fā)電機(jī)的不同，還有其他類型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。單級齒輪+全功率變流器變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，在圖3的風(fēng)電機(jī)組與pmsg之間增加了單級齒輪箱，升速比為1:10左右，這種結(jié)構(gòu)與pmsg直驅(qū)系統(tǒng)比較，pmsg的轉(zhuǎn)速更高，與多級齒輪箱系統(tǒng)比較，齒輪箱傳動部件更少，是一種折衷的方案。multibrid，winwind等公司在市場上有這類產(chǎn)品。

多級齒輪+全功率變流器變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，可以使用pmsg或者scig作為發(fā)電機(jī)。使用pmsg時，電機(jī)體積更小，效率更高，與圖2所示常規(guī)dfig系統(tǒng)比較，故障穿越功能的實現(xiàn)相對簡單，但是變流器容量較大；ge公司有這類產(chǎn)品。使用scig時，電機(jī)制造簡單，與圖1常規(guī)失速型風(fēng)電系統(tǒng)比較，控制靈活，變速運行、柔性并網(wǎng)、無功支持等功能都容易實現(xiàn)，也存在變流器容量較大的問題；siemens公司在市場上有這類產(chǎn)品。隨著電力電子器件成本的下降，多級齒輪+全功率變流器會更有競爭力。

4 風(fēng)電變流器

電力電子變流器作為風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)的接口，作用非常重要，既要對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，又要向電網(wǎng)輸送優(yōu)質(zhì)電能，還要實現(xiàn)低電壓穿越等功能；隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展和風(fēng)電單機(jī)容量的不斷增大，變流器的容量也要隨之增大，因此大容量多電平變流器也開始得到應(yīng)用，以下將對一些典型變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行討論［7］。

從圖2、圖3中可以看到，典型的雙饋和永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中，都采用背靠背雙pwm變流器，包括電機(jī)側(cè)變流器（或轉(zhuǎn)子側(cè)變流器）與電網(wǎng)側(cè)變流器，能量可以雙向流動。對pmsg直驅(qū)系統(tǒng)，電機(jī)側(cè)pwm變流器通過調(diào)節(jié)定子側(cè)的d、q軸電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及電機(jī)勵磁與轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使發(fā)電機(jī)運行在變速恒頻狀態(tài)，額定風(fēng)速以下具有最大風(fēng)能捕獲功能；對dfig系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子側(cè)d、q軸電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及有功、無功功率的解耦控制。電網(wǎng)側(cè)pwm變流器均通過調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的d、q軸電流，保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，實現(xiàn)有功和無功的解耦控制，控制流向電網(wǎng)的無功功率，通常運行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，還要提高注入電網(wǎng)的電能質(zhì)量。背靠背雙pwm變流器是目前風(fēng)電系統(tǒng)中常見的一種拓?fù)洌瑖鴥?nèi)外對其研究較多，主要集中在變流器建模、控制算法以及如何提高其故障穿越能力等方面。國外公司如abb，alstom，國內(nèi)公司如合肥陽光電源等，均有這類變流器產(chǎn)品。

對直驅(qū)型風(fēng)電系統(tǒng)，變流器拓?fù)涞倪x擇較多。圖5是不控整流+boost變換器+逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過boost變換器實現(xiàn)輸入側(cè)功率因數(shù)校正（power factor correction，pfc），提高發(fā)電機(jī)的運行效率，保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，對pmsg的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實現(xiàn)變速恒頻運行，在額定風(fēng)速以下具有最大風(fēng)能捕獲功能。國外enercon、國內(nèi)合肥陽光電源等公司有使用這種拓?fù)涞漠a(chǎn)品。

隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，風(fēng)電變流器的電壓與電流等級也在不斷提高，因此多電平變流器拓?fù)涞玫搅藦V泛關(guān)注。變流器采用多電平方式后，可以在常規(guī)功率器件耐壓基礎(chǔ)上，實現(xiàn)高電壓等級，獲得更多級（臺階）的輸出電壓，使波形更接近正弦，諧波含量少，電壓變化率小，并獲得更大的輸出容量。圖6是直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中三電平背靠背雙pwm變流器拓?fù)?，與兩電平雙pwm變流器相比，功率器件和電容增加了一倍，并額外增加了箝位二極管；直流側(cè)電容由兩個完全一樣的電容串聯(lián)組成，電容的中點作為變換器的箝位點，由網(wǎng)側(cè)變換器保持直流側(cè)兩個電容的電壓均衡。這種結(jié)構(gòu)在風(fēng)電中的應(yīng)用目前已經(jīng)比較成熟，對其的研究很多，主要集中在控制策略的優(yōu)化上［8］。目前，世界范圍內(nèi)從事大功率風(fēng)力發(fā)電用變流器和高壓變頻器研制的一些公司，都有多電平的產(chǎn)品方案；abb用于風(fēng)力發(fā)電的變流器如acs1000，整流器采用12脈沖二極管整流，逆變器采用三電平npc結(jié)構(gòu)，器件采用igct；siemens也有相似的應(yīng)用，功率器件采用高壓igbt；法國alstom公司采用飛跨電容型四電平拓?fù)?，功率器件采用igbt，另外還基于igct開發(fā)出了飛跨電容型五電平變頻器。

5 風(fēng)電低電壓穿越及無功支持

隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的不斷增大，其對電網(wǎng)的影響已經(jīng)不能忽略，很多國家制訂了新的規(guī)則，對并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電提出了新的要求，這些要求包括有功、無功功率控制，電壓、頻率控制，電能質(zhì)量控制，故障穿越功能等。這些要求使風(fēng)力發(fā)電要逐漸承擔(dān)起類似傳統(tǒng)火力發(fā)電場的功能，在電網(wǎng)故障如電壓跌落時保持并網(wǎng)，快速向電網(wǎng)提供有功和無功功率支持，幫助電網(wǎng)電壓及頻率的恢復(fù)及穩(wěn)定［9-10］。

5.1 lvrt介紹及技術(shù)現(xiàn)狀

lvrt（low voltage ride

through，lvrt）是“風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力”的英文縮寫。定義是指風(fēng)電系統(tǒng)在并網(wǎng)點電壓跌落時，能夠保持并網(wǎng)，并向電網(wǎng)提供無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)正常工作為止的能力。

圖7給出了德國e.on標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低電壓穿越曲線，其中電網(wǎng)電壓跌落至0，持續(xù)時間為150ms左右，當(dāng)電網(wǎng)電壓在曲線以上時，風(fēng)電機(jī)組要保持并網(wǎng)，并能夠在電壓跌落及恢復(fù)階段向電網(wǎng)提供無功功率，幫助電網(wǎng)電壓恢復(fù)穩(wěn)定，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓低于規(guī)定曲線以后才允許風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。這就要求風(fēng)電系統(tǒng)必須具有較強(qiáng)的低電壓穿越能力，能快速向電網(wǎng)提供無功支持。

電壓跌落是電網(wǎng)中最為常見的故障之一，有單相、兩相對地故障、相間故障和三相故障等類型，其故障類型和比例為：單相對地故障70%，兩相對地故障15%，相間故障10%，三相故障5%；還可以分為對稱故障和不對稱故障，大部分電壓跌落故障屬于不對稱故障；電壓跌落的深度不等，最低可以到零，持續(xù)時間為0.5個電網(wǎng)電壓周期到數(shù)秒。

目前國內(nèi)外對雙饋和直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時的應(yīng)對措施［11-12］，已經(jīng)有較多研究，包括改進(jìn)變流器控制策略提高系統(tǒng)的動態(tài)特性使其具備一定的lvrt能力，但在跌落深度較大時，僅依靠控制策略的作用有限，因此需要增加硬件保護(hù)電路，實現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越并對變流器進(jìn)行保護(hù)，通常電壓跌落的持續(xù)時間較短，屬于暫態(tài)故障，當(dāng)電壓跌落持續(xù)時間較長時，需要配合變槳控制等限制風(fēng)電機(jī)組捕獲的風(fēng)能。文獻(xiàn)［13］對國內(nèi)外雙饋和直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)保護(hù)電路進(jìn)行了比較全面的分析和總結(jié)，對各種類型的保護(hù)電路進(jìn)行了分類，對其工作原理和實現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)說明，并討論了各自的優(yōu)缺點；增加保護(hù)電路可以有效提高變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)的lvrt能力，使風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障發(fā)生時保持并網(wǎng)，故障消除后能夠快速恢復(fù)正常運行。

變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)lvrt方面的文獻(xiàn)大部分針對三相對稱電網(wǎng)故障，但是電網(wǎng)中不對稱故障占大多數(shù)，因此近來關(guān)于不對稱故障穿越的研究也在增多，常規(guī)變流器矢量控制下電壓、電流只包含正序分量，不對稱故障時還包含負(fù)序分量，仍采用常規(guī)控制會造成功率和直流側(cè)電壓波動［14］，因此隨著對lvrt功能要求的提高，針對不對稱故障需要采取有別于常規(guī)控制的策略，如采用正負(fù)序分解或直接功率控制等方法。為檢驗風(fēng)電系統(tǒng)的lvrt能力，不管是對稱故障還是不對稱故障，通常需要專門的電壓跌落模擬裝置，模擬不同的電網(wǎng)電壓跌落故障。文獻(xiàn)［15］對國內(nèi)外現(xiàn)有風(fēng)電用電壓跌落發(fā)生器（voltage sag generator，vsg）的研究進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)，論述了三種形式的vsg實現(xiàn)方法，并對各種方法的工作原理和實現(xiàn)方法進(jìn)行了分析，對各自的優(yōu)缺點進(jìn)行了對比；變壓器形式vsg具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本較低的優(yōu)勢，目前使用較多，電力電子變換形式的vsg因其體積小、便于攜帶和強(qiáng)大的功能。

5.2 在產(chǎn)品中的應(yīng)用

目前國外生產(chǎn)直驅(qū)風(fēng)電變流器產(chǎn)品的幾大廠家如enercon、ge、abb、siemens等，為適應(yīng)新的電網(wǎng)規(guī)則對lvrt和無功支持的要求，都已將這些功能集成到其產(chǎn)品中。enercon風(fēng)電機(jī)組當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)問題時，可以保持并網(wǎng)，如果需要，當(dāng)故障出現(xiàn)時風(fēng)電機(jī)組還能通過輸送無功功率，實現(xiàn)支持電網(wǎng)電壓，在故障被修復(fù)、電網(wǎng)電壓已經(jīng)恢復(fù)后，風(fēng)電機(jī)組立刻恢復(fù)供電；文獻(xiàn)［16］提供了enercon直驅(qū)同步電機(jī)系統(tǒng)－e66的仿真和測試結(jié)果，傳遞到電網(wǎng)的短路電流值只取決于變流器系統(tǒng)的功率等級并且可以控制，提供了電網(wǎng)短路期間系統(tǒng)輸出的有功功率曲線；風(fēng)電機(jī)組在故障期間提供減少的功率輸出，在故障消除后，立刻傳送額定功率，剩余的發(fā)電機(jī)功率不能被傳送到電網(wǎng)側(cè)，由于故障及隨之的電壓跌落，被轉(zhuǎn)化為附加電阻上的熱能，因此，故障對發(fā)電機(jī)機(jī)械力矩的影響被降到最低。

ge風(fēng)電的低電壓穿越技術(shù)能使風(fēng)電機(jī)組在主要的電網(wǎng)故障發(fā)生時保持并網(wǎng)并向電網(wǎng)輸送無功功率，使風(fēng)電機(jī)組能夠滿足和火力發(fā)電類似的傳輸可靠性標(biāo)準(zhǔn)。通過提高發(fā)電機(jī)組和控制設(shè)計，lvrt技術(shù)能使風(fēng)電機(jī)組在出現(xiàn)嚴(yán)重電網(wǎng)擾動時可以不間斷運行；windvar技術(shù)通過保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，在電網(wǎng)需要時快速向電網(wǎng)提供無功，減少電壓崩潰的危險，降低電網(wǎng)解列的影響，lvrt和windvar功能可以較好地提高風(fēng)電機(jī)組運行的可靠性，確保風(fēng)電作為一個“好鄰居”加入電網(wǎng)。abb目前用于直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的變流器，功率最大的為multibrid m5000，是使用背靠背結(jié)構(gòu)的全功率變流器，額定輸出功率為5.5mva，具有以下幾個特別的控制特征：對電網(wǎng)故障的“穿越功能”，無功控制能力，網(wǎng)側(cè)的“statcom功能”，持續(xù)和動態(tài)電壓控制；電機(jī)側(cè)變流器使用直接轉(zhuǎn)矩控制，具有快速控制、魯棒性、高可用性、高品質(zhì)等優(yōu)點。

6 結(jié)束語

本文從比較大的方面介紹了風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)技術(shù)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)型、發(fā)電機(jī)類型、風(fēng)電變流器、風(fēng)電低電壓穿越與無功支持等。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及機(jī)械制造、自動控制、電力電子、電力系統(tǒng)等多個學(xué)科，從控制角度講包括風(fēng)電機(jī)組控制如變槳控制、發(fā)電機(jī)控制及其優(yōu)化、變流器控制、并網(wǎng)控制以及各部分之間的協(xié)調(diào)控制等，目前我國在風(fēng)電產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)或科研探索等都方面都有較大投入，這些都將促進(jìn)我國風(fēng)電事業(yè)的快速發(fā)展。