854 小型風力發(fā)電機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計,小型,風力發(fā)電機,總體,整體,結(jié)構(gòu),設(shè)計 22風力發(fā)電中的自我激勵與諧波1．介紹傳統(tǒng)的風力渦輪機通常安裝的是感應(yīng)發(fā)電機，因為它廉價，耐用，而且只需要很少的維護。然而，電感應(yīng)發(fā)電機需要的無功功率通常通過電容器補償來得到。因為輸出功率各不相同，所以電容補償必須隨之調(diào)整。風力發(fā)電機組的電力網(wǎng)絡(luò)中，相互的電容補償作用是導致輸出電流中產(chǎn)生自我激勵和高次諧波的一個重要原因。這篇文章探討產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，并對如何控制或消除這些現(xiàn)象提出一些方法?，F(xiàn)在大部份風力發(fā)電機的性能是非?？煽康模⑶揖S修簡單，費用低。一臺感應(yīng)發(fā)電機在正常工作期間始終需要得到無功功率。使用最普遍的無功功率補償是電容器補償，因為它是靜態(tài)的, 而且成本低。不同型號的電容器可以提供不同的電容補償。雖然無功的動力補償可能對風輪機總的操作有利，但是我們必須確保補償是恰當?shù)?，并且不影響控制。自我激勵和諧波是電容器補償?shù)膬蓚€重要部分也是這篇文章的主題。2．動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)描述如圖1所示描述的這個系統(tǒng)。動力系統(tǒng)的部件分析包括如下內(nèi)容：? 連接風機各部分的總線和輸入線路。? 一臺安裝在襯墊上的變壓器? 連結(jié)在變壓器低電壓的電容器? 一臺電感應(yīng)發(fā)電機圖 1. 系統(tǒng)各部件圖對于自我激勵，我們關(guān)注的是在渦輪上的電容補償。對于諧波分析，我們用圖表來表示整個網(wǎng)絡(luò)。3．自我激勵3.1感應(yīng)發(fā)電機的自我激勵。 自激是在感應(yīng)發(fā)電機和電容器補償之中負電荷和磁性浸透交互作用的一個結(jié)果。自我激勵過程這部分是在一臺離柵欄的電感應(yīng)發(fā)電機里進行研究的，知道極限和自激操作的邊界將會幫助我們?nèi)ダ没蛘弑苊庾约ぁＴ诠潭ㄋ俣鹊娘L輪機中應(yīng)用最普遍的是固定電容器無功的動力補償方法。只有一臺電感應(yīng)發(fā)電機是不能得到它自己需要的無功動力的，它要求來自電網(wǎng)正常操作的無功動力，并且柵欄口接電感應(yīng)發(fā)電機的電壓和頻率。安全是自我激勵的一個潛在問題。因為發(fā)電機可以產(chǎn)生電壓，它可能傷害檢查或者修理這臺發(fā)電機的人員。另一個潛在的問題是發(fā)電機的工作電壓和頻率可能變化。因此，在自我激勵期間連接在發(fā)電機上的易損設(shè)備可能在過高或過低的電壓和頻率下被損壞。盡管這是自我激勵23過程中電感應(yīng)發(fā)電機的缺點，然而一些人把這種方式應(yīng)用于動態(tài)的剎車系統(tǒng)中，幫助在柵欄損失的緊急情況時控制轉(zhuǎn)子速度。因此，適當?shù)倪x擇電容和電阻器可以在柵欄損失和機械剎車故障期間控制風輪機速度。3.2 穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)。穩(wěn)態(tài)分析中關(guān)鍵是理解哪些條件對自我激勵有增強或削弱作用。如上面解釋的那樣，自我激勵可能是一件好事情也可能是一件壞事情，這取決于我們遇到什么樣的形勢。圖2為一個電容器補償電感應(yīng)發(fā)電機。如上所述，自我激勵操作要求必須保持完全的無功平衡。+ + =0 （1）SY'M'R=電容器節(jié)點的有效輸入SY=磁化部分的有效輸入'M=轉(zhuǎn)子節(jié)點的有效輸入'R方程式1的實部和虛步可以被擴展為方程式2 和3。（2）圖2.自我激勵方式下的等效電路24圖3. 典型的磁化特性（3）=阻抗SR=滲漏電感L=轉(zhuǎn)子阻抗'=轉(zhuǎn)子滲漏電感'R= 阻抗'MS =操作損失=操作頻率?=終端負載電阻LC =電容器補償25自我激勵的一個重要方面是電感應(yīng)發(fā)電機的磁化特性。圖3所示為一臺典型的勵磁電感發(fā)電機和輸出電流之間的關(guān)系；這圖由實驗得來反映了發(fā)電機的特性。圖5為電感應(yīng)發(fā)電機的終端電壓受電容和負載電阻變化的影響而變化的示意圖。如圖5所示，負載電阻不影響終端電壓， 特別是在發(fā)電機轉(zhuǎn)速很高時，但是電容對發(fā)電機的輸出電壓有顯著影響。一個大的電容在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生較少的電容變化，而較小的電容在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程會產(chǎn)生很大的電容變化。如圖6 所示，對規(guī)定的電容來說，改變負載電阻的有效值能調(diào)節(jié)力矩速度。自我激勵這個概念可以被利用在渦輪機上，如上所述，當它失去對柵欄連接時可以提供動態(tài)剎車從而防止飛車現(xiàn)象發(fā)生。只要正確選擇電容和負載電阻使其與渦輪機輸出電源相匹配，就能在一定的風速范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)阻抗。3.3 動態(tài)反應(yīng)。這部分可以在自我激勵過程中檢查瞬時的變化。對于這次模擬來說我們選擇 3.8 毫法電容和 1.0 歐的負載電阻。驅(qū)動力矩的常量被調(diào)整為 4500 納米。但是，空氣動力學的風輪機特性控制系統(tǒng)不包括在這個模擬中，我們關(guān)注的是自我激勵的過程。因此，我們重視方程式電的方面。圖 7 顯示連續(xù)時間內(nèi)轉(zhuǎn)子速度和輸出功率的關(guān)系。在這種情況下，電感應(yīng)發(fā)電機由靜止啟動，速度逐漸增加，直到達到它自身的額定速度。最初連接柵欄在開始的 t = 3.1 秒 s，柵欄被斷開，電感應(yīng)發(fā)電機進入自我激勵方式。在 t = 6.375 s 時，發(fā)電機被再接通到柵欄，終止自我激勵。在自我激勵期間轉(zhuǎn)子速度逐漸增加，但是，最后發(fā)電機力矩達到 4500 牛米，并且轉(zhuǎn)子速度變?yōu)榉€(wěn)定。當發(fā)電機沒有同步而被再接通到柵欄時，在發(fā)電機的力矩會突然發(fā)生簡短的瞬間變化。這種情況一旦發(fā)生，轉(zhuǎn)子速度會與柵欄之前有相同的速度。圖 8(a)顯示每個時期電壓的狀況。它顯示最初電壓與被連結(jié)柵欄后的電壓相同。如圖 7 所示，在自我激勵方式下 3.1 s0，Q>0。 (c)圖解法表示p>0，Q 0 ，q 0， q > 0時 ， < 。'MESV'MESV文章來自：北京信息科技大學校園網(wǎng)-圖書館藏- 電子期刊-美國機械工程師學會電子期刊全文數(shù)據(jù)庫作者和文獻出處：E. Muljadi ， C. P. ButterfieldNational Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado 80401H. RomanowitzOak Creek Energy Systems Inc.,Mojave, California 93501R. YingerSouthern California Edison,Rosemead, California 91770