直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電與并網(wǎng)文獻(xiàn)綜述

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)文獻(xiàn)綜述學(xué)院姓名學(xué)號(hào)專業(yè)指導(dǎo)老師：目錄1.1風(fēng)力發(fā)電發(fā)展歷史1.2中國(guó)能源現(xiàn)狀1.3各國(guó)風(fēng)力發(fā)電概況1.4風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)2.1風(fēng)力發(fā)電原理直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制3.1并網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)永磁同步電機(jī)控制并網(wǎng)變流器控制3.4低電壓穿越技術(shù)4.1未來(lái)風(fēng)力技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)4.2中國(guó)風(fēng)能資源分布及發(fā)展前景1.1風(fēng)力發(fā)電發(fā)展歷史CharlesF.Brush(1849-1929)是美國(guó)電力工業(yè)的奠基人之一。1887-1888年冬，Brush安裝了一臺(tái)被現(xiàn)代人認(rèn)為是第一臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行的且用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)。它是個(gè)龐然大物——葉輪直徑是17米，有144個(gè)由雪松木制成的葉片。這臺(tái)發(fā)電機(jī)僅為12千瓦。這是因?yàn)榈娃D(zhuǎn)速風(fēng)機(jī)效率不可能太高。丹麥人PoullaCour(1846-1908)是一名氣象學(xué)家同時(shí)也是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的先驅(qū)。他建了一個(gè)屬于他自己的風(fēng)洞來(lái)實(shí)驗(yàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，隨后發(fā)現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)動(dòng)、葉片數(shù)少的風(fēng)力機(jī)，在發(fā)電時(shí)比低轉(zhuǎn)速的風(fēng)力機(jī)效率高得多。1918年，丹麥約有120個(gè)地方公用事業(yè)擁有風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通常的單機(jī)容量是20-35kW,總裝機(jī)約3MW。這些風(fēng)電容量當(dāng)時(shí)占丹麥電力消耗量的3%。在二次世界大戰(zhàn)期間，丹麥工程公司FLSmidth(現(xiàn)在是水泥機(jī)械制造商)安裝了一批兩葉片和三葉片的風(fēng)機(jī)。所有這些風(fēng)機(jī)發(fā)的是直流電。1951年,這些直流發(fā)電機(jī)被35kW的交流異步發(fā)電機(jī)取代。在1973年第一次石油危機(jī)后，在丹麥，電力公司立即把目標(biāo)放在的制造大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，德國(guó)、瑞典、英國(guó)和美國(guó)也緊跟其后。1979年，他們安裝了兩臺(tái)630KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一臺(tái)是槳矩控制的，另一臺(tái)是失速控制的。1980~1981年，55KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的誕生是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電工業(yè)和技術(shù)的突破，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)使風(fēng)力發(fā)電每千瓦時(shí)的成本下降了約50%。20世紀(jì)末，在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)之前，600KW和750KW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一直是市場(chǎng)的主流。在2002年前后，主流機(jī)型已經(jīng)達(dá)到了1.5MW以上【1】。中國(guó)能源現(xiàn)狀2015年，風(fēng)電、核電、光伏、地?zé)岬刃履茉凑伎傮w能源消費(fèi)的比例分別是：1.39%、1.28%、0.29%、0.4%，新能源合計(jì)占比僅為3.36%。在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的過(guò)程中，新能源還有很大的成長(zhǎng)空間【2】。圖1各國(guó)風(fēng)力發(fā)電概況按照2013年底的風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量計(jì)算，全球前五大風(fēng)電市場(chǎng)依次為中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、西班牙和印度，在2001年至2013年間，上述5個(gè)國(guó)家風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量年均復(fù)合增長(zhǎng)率如下表所示【3】：議乖年12月31日鳳嗚壤計(jì)裝機(jī)容董CMW)戴住2013門：12月31日鳳喀黑計(jì)饕機(jī)容量(MW>2001年-2013年年復(fù)合堀長(zhǎng)那404&L424S7.12%4,275仇的124.51%Br75434r25012.04%3.33722.969[口國(guó)產(chǎn)業(yè)信息印瘦145620J50?UJO圖21.4風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)發(fā)展可再生能源已經(jīng)是大勢(shì)所趨。主要發(fā)達(dá)國(guó)家、發(fā)展中國(guó)家，都已經(jīng)將發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源作為應(yīng)對(duì)新世紀(jì)能源和氣候變化雙重挑戰(zhàn)的重要手段。中國(guó)風(fēng)能豐富，風(fēng)力發(fā)電裝備制造業(yè)前景光明，風(fēng)力發(fā)電具有裝機(jī)容量增長(zhǎng)空間大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等優(yōu)勢(shì)。風(fēng)力發(fā)電在為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供穩(wěn)定電力供應(yīng)的同時(shí)，可以有效緩解空氣污染、水污染和全球變暖問(wèn)題。在各類新能源開(kāi)發(fā)中，風(fēng)力發(fā)電是技術(shù)相對(duì)成熟、并具有大規(guī)模開(kāi)發(fā)和商業(yè)開(kāi)發(fā)條件的發(fā)電方式。風(fēng)力發(fā)電可以減少化石燃料發(fā)電產(chǎn)生的大量的污染物和碳排放。大規(guī)模推廣風(fēng)電可以為節(jié)能減排做出積極貢獻(xiàn)。在全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)重的背景下，風(fēng)能資源開(kāi)始受到普遍關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電規(guī)?；l(fā)展給風(fēng)力發(fā)電裝備制造業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)空間和前景。風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電技術(shù)就是研究如何將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)等組成，由風(fēng)力機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成風(fēng)輪軸上的機(jī)械能，由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能傳送給電網(wǎng)或其他用電負(fù)荷?？刂葡到y(tǒng)則負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、安全運(yùn)行及運(yùn)行控制等【4】。內(nèi)轉(zhuǎn)子直驅(qū)發(fā)電機(jī)葉片測(cè)風(fēng)裝置機(jī)艙槳距角電機(jī)輪轂偏航電杠導(dǎo)流罩塔架新能源課件購(gòu)站內(nèi)轉(zhuǎn)子直驅(qū)發(fā)電機(jī)葉片測(cè)風(fēng)裝置機(jī)艙槳距角電機(jī)輪轂偏航電杠導(dǎo)流罩塔架新能源課件購(gòu)站圖3直驅(qū)式風(fēng)力機(jī)（以外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)為例）輪轂：輪轂被固定在大的主軸上，大的輪轂有三個(gè)吸收風(fēng)能的葉片，風(fēng)速足夠大時(shí)就會(huì)驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)。槳距角電機(jī)：通過(guò)調(diào)整葉片迎風(fēng)角度，來(lái)進(jìn)行功率調(diào)整，槳距角0是指風(fēng)機(jī)葉片與風(fēng)輪平面夾角。內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)達(dá)到轉(zhuǎn)速后開(kāi)始產(chǎn)生電流，電流通過(guò)粗的電纜被送到塔架下面的控制柜。偏航電機(jī)：偏航電機(jī)將機(jī)艙轉(zhuǎn)動(dòng)以便使葉輪準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)。測(cè)風(fēng)裝置：風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)向擺動(dòng)，它告訴控制系統(tǒng)風(fēng)的方向，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)偏航電機(jī)偏航使葉輪對(duì)風(fēng)。導(dǎo)流罩：疏導(dǎo)空氣流通的罩子，優(yōu)化高速穩(wěn)定性;同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)的干凈。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有：定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等。傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)裝置不僅降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生噪音污染，更是產(chǎn)生機(jī)械故障的主要原因之一，同時(shí)為了減少機(jī)械磨損還需要定期潤(rùn)滑清洗等維護(hù)。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雖然增加了電機(jī)的設(shè)計(jì)成本，但卻有效的提高了系統(tǒng)效率及運(yùn)行可靠性，目前風(fēng)電機(jī)組朝著高可靠性、低維護(hù)量、少組件、低成本、高集成度方向發(fā)展，傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組中齒輪箱的存在成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一【5】。而直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)通過(guò)將風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接耦合，機(jī)組性能得到改善：發(fā)電效率高：直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組沒(méi)有齒輪箱，減少了傳動(dòng)損耗，提高了發(fā)電效率，尤其是在低風(fēng)速環(huán)境下，效果更加顯著?？煽啃愿撸糊X輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)故障頻率較高的部件，直驅(qū)技術(shù)省去了齒輪箱及其附件，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)組的可靠性。同時(shí)，機(jī)組在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)部件較少，可靠性更高。運(yùn)行及維護(hù)成本低：采用無(wú)齒輪直驅(qū)技術(shù)可減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組零部件數(shù)量避免齒輪箱油的定期更換，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。電網(wǎng)接入性能優(yōu)異：直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越使得電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在一定電壓跌落的范圍內(nèi)不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，從而維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2.3直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等系統(tǒng)中，現(xiàn)主要應(yīng)用永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。永磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁不可調(diào)，導(dǎo)致其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC變換，可維持直流母線電壓基本恒定，同時(shí)可控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；優(yōu)點(diǎn)：永磁發(fā)電機(jī)具有最高的運(yùn)行效率；在電網(wǎng)側(cè)采用PWM逆變器輸出恒定頻率和電壓的三相交流電，對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好。缺點(diǎn)：永磁發(fā)電機(jī)和全容量全控變流器成本高；發(fā)電機(jī)存在定位轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大；給機(jī)組起動(dòng)造成困難。如下圖6，系統(tǒng)不必從電網(wǎng)或發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)得到無(wú)功功率；中間直流環(huán)節(jié)的存在，使發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)沒(méi)有無(wú)功能量交換；根據(jù)風(fēng)能變化，通過(guò)變速恒頻控制優(yōu)化系統(tǒng)輸出頻率；網(wǎng)側(cè)變流器可以改善功率因數(shù)，并在一定范圍條節(jié)輸出電壓。變壓器宦V發(fā)電機(jī)側(cè)變流器發(fā)電機(jī)側(cè)變流器中間肖流環(huán)節(jié)電網(wǎng)側(cè)變流器變壓器電網(wǎng)側(cè)變流器O)內(nèi)轉(zhuǎn)子型(b)外轉(zhuǎn)產(chǎn)型定子永險(xiǎn)轉(zhuǎn)子風(fēng)力機(jī)變壓器宦V發(fā)電機(jī)側(cè)變流器發(fā)電機(jī)側(cè)變流器中間肖流環(huán)節(jié)電網(wǎng)側(cè)變流器變壓器電網(wǎng)側(cè)變流器O)內(nèi)轉(zhuǎn)子型(b)外轉(zhuǎn)產(chǎn)型定子永險(xiǎn)轉(zhuǎn)子風(fēng)力機(jī)V永毬發(fā)電機(jī)中間嵐流環(huán)節(jié)戰(zhàn)力機(jī)O=^H永礪轉(zhuǎn)產(chǎn)v永啟發(fā)電機(jī)圖6直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)子型是一種常規(guī)發(fā)電機(jī)形式,風(fēng)力機(jī)和永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子同軸安裝。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)定子繞組和鐵心通風(fēng)散熱好,溫度低,定子外形尺寸小。外轉(zhuǎn)子型是風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的永磁體外轉(zhuǎn)子直接耦合,定子電樞安裝在靜止軸上。這種結(jié)構(gòu)易于永磁體安裝固定,缺點(diǎn)是對(duì)電樞鐵心和繞組通風(fēng)冷卻不利,永磁體轉(zhuǎn)子直徑大,不易密封防護(hù)【5】。圖6中的變流器環(huán)節(jié)，一般采用背靠背雙全功率變流器系統(tǒng)，它能夠靈活地實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)高性能控制，具較大場(chǎng)份額和應(yīng)用前景，具有重要研究?jī)r(jià)值。如圖7所示，系統(tǒng)采用兩個(gè)變流器,前端變流器實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速的控制,后端變流器穩(wěn)定直流母線電壓以及控制網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。前端整流器可以實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、最大效率、最小損耗控制,可以有針對(duì)的提高系統(tǒng)的運(yùn)行特性,缺點(diǎn)是控制復(fù)雜,功率開(kāi)關(guān)元件數(shù)量較多,系統(tǒng)成本偏高。

rsnrVii_.J圖7PWM整流器+電壓型PWM逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行的商業(yè)化直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也有采用前端不可控整流形式,如圖所示,一部分采用變流器和網(wǎng)側(cè)逆變器連接,通過(guò)升壓結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)在低風(fēng)速下的變換效率,該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、控制簡(jiǎn)單,可靠性高,采用不可控整流降低了系統(tǒng)成本。但是由于采用不控整流,無(wú)法實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解禍控制,電機(jī)定子繞組電流低次諧波含量偏大【6】。6LL][][Dfi式,如圖所示,一部分采用變流器和網(wǎng)側(cè)逆變器連接,通過(guò)升壓結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)在低風(fēng)速下的變換效率,該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、控制簡(jiǎn)單,可靠性高,采用不可控整流降低了系統(tǒng)成本。但是由于采用不控整流,無(wú)法實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解禍控制,電機(jī)定子繞組電流低次諧波含量偏大【6】。6LL][][Dfi-bp平平永痕同歩發(fā)電機(jī)圖8不可控整流器+Boost變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制和傳統(tǒng)的定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比,采用變速控制的風(fēng)力機(jī)能夠多捕獲10%~15%的輸入風(fēng)能，變速恒頻機(jī)組通過(guò)變流器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化,可使風(fēng)能利用率大幅提高。2.4.1最大功率跟蹤控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最大功率跟蹤實(shí)現(xiàn)方法較多,這些算法根據(jù)基于不同的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合不同的風(fēng)電機(jī)組,根據(jù)他們的實(shí)現(xiàn)原理大致可以分為三類：（1）葉尖速比法葉尖速比法通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速,使其維持在最佳葉尖速比，最佳葉尖速比作為控制信號(hào)輸給控制器。但是實(shí)際應(yīng)用中,該方法面臨著風(fēng)速測(cè)量、與葉尖速比的獲得兩個(gè)問(wèn)題,風(fēng)速測(cè)量為系統(tǒng)帶來(lái)了成本上升,而且實(shí)際通過(guò)風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速較難準(zhǔn)確測(cè)量,同時(shí),最佳葉尖速比曲線隨著風(fēng)力機(jī)的尺寸結(jié)構(gòu)賴性高,不同的風(fēng)力機(jī)機(jī)組的輸出特性不盡相同,這為系統(tǒng)帶來(lái)了維護(hù)升級(jí)的負(fù)擔(dān)。（2）功率信號(hào)反饋法功率信號(hào)反饋通過(guò)實(shí)測(cè)風(fēng)力機(jī)輸出功率、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和已知的風(fēng)力機(jī)最大功率特性曲線做比較,獲得當(dāng)前控制器控制信號(hào),該法省去了風(fēng)速傳感器。但是葉尖速比法一樣,該法需要通過(guò)仿真或者實(shí)驗(yàn)的方法,預(yù)先獲知風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的最大功率點(diǎn),對(duì)風(fēng)力機(jī)尺寸同樣依賴性高。（3）爬山搜索算法為了避變前述兩種方法的缺陷,增加安裝風(fēng)速傳感器,控制策略對(duì)風(fēng)力機(jī)參數(shù)依賴性高等問(wèn)題,提出了爬山搜索算法。爬山搜索算法根據(jù)風(fēng)力機(jī)輸出特性見(jiàn)圖,尋找風(fēng)力機(jī)輸出最大功率點(diǎn),即通過(guò)不同風(fēng)力機(jī)速度下的實(shí)測(cè)功率,進(jìn)行比較,自行調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)速度趨近最大功率點(diǎn),該方法在風(fēng)力機(jī)機(jī)組慣量小,速度響應(yīng)快時(shí),控制效果較好【10】。與恒速恒頻機(jī)組相比,變速恒頻機(jī)組盡管在變流裝置上增加了成本,控制也比較復(fù)雜,但其優(yōu)點(diǎn)明顯:一是發(fā)電機(jī)變速運(yùn)行,能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能最大功率跟蹤;二是風(fēng)速脈動(dòng)被機(jī)轉(zhuǎn)子吸收,減小軸承等剛性元件的機(jī)械應(yīng)力,有效抑制噪聲;三是電力電子技術(shù)使變流機(jī)組控制更加靈活,能滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組高性能要求,如網(wǎng)側(cè)有功和無(wú)功控制、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高質(zhì)量電能并網(wǎng)等?；谟来磐诫姍C(jī)的直驅(qū)型機(jī)組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖8所示【7】：圖82.4.2風(fēng)能吸收控制為了更好地吸收風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)一般采用以下幾種調(diào)節(jié)方式：（1）定槳距失速調(diào)節(jié)定槳失速是風(fēng)電機(jī)組最簡(jiǎn)單的功率控制方式。當(dāng)風(fēng)速增大到一定值時(shí),風(fēng)輪槳葉受力變化,阻力增加、升力減小、葉片失速,從而限制機(jī)組功率增加。該方式無(wú)需功率反饋和變槳機(jī)構(gòu),整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,魯棒性較強(qiáng)。同時(shí),機(jī)組失速條件隨風(fēng)速增加由槳葉根部逐漸形成,和快速調(diào)槳?jiǎng)幼飨啾?能減輕系統(tǒng)功率沖擊。但定槳失速調(diào)節(jié)會(huì)影響低風(fēng)速時(shí)風(fēng)能利用率,不能輔助起動(dòng)機(jī)組,隨著機(jī)組功率等級(jí)的提高,葉片增長(zhǎng),其失速特性不易控制,因此,該功率控制方式很少應(yīng)用在大型風(fēng)電機(jī)組中。變槳距調(diào)節(jié)變槳距型風(fēng)電機(jī)組能使槳距角隨風(fēng)速而變化。風(fēng)速低于額定值,槳距角維持最優(yōu)值以保證最大風(fēng)能捕獲。風(fēng)速高于額定值,槳距角增大,限制風(fēng)力機(jī)輸入功率增加。和定槳失速機(jī)組相比,其機(jī)組功率控制性能明顯提高,風(fēng)機(jī)起動(dòng)性能和功率輸出特性都得到顯著改善。缺點(diǎn)是變槳機(jī)構(gòu)復(fù)雜,要求發(fā)電系統(tǒng)對(duì)陣風(fēng)響應(yīng)速度快,以減輕功率脈動(dòng)對(duì)機(jī)組并網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。主動(dòng)失速調(diào)節(jié)主動(dòng)失速調(diào)節(jié)是前兩種調(diào)節(jié)方式的組合。風(fēng)速較低時(shí),槳距角維持最優(yōu)值以保證風(fēng)能利用率(最大風(fēng)能捕獲)。機(jī)組輸入功率超過(guò)額定功率,槳距角反向調(diào)節(jié),葉片失速效應(yīng)加深,可限制機(jī)組輸入功率增加。主動(dòng)失速調(diào)節(jié)結(jié)合了前兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn),既利用失速特性對(duì)功率進(jìn)行平滑限制,又保留變槳調(diào)節(jié)在最大功率跟蹤、輔助機(jī)組起動(dòng)等方面的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)不需要高靈敏調(diào)節(jié)速度,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率也小【8】。盡管變速恒頻直驅(qū)永磁全功率變流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)目前也存在永磁同步電機(jī)體積大、造價(jià)高、運(yùn)輸和吊裝困難、全功率變流裝置成本較高等問(wèn)題，但其主要優(yōu)勢(shì)在于省去了齒輪箱、滑環(huán)和電刷等薄弱環(huán)節(jié)，系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率和可靠性都顯著提高。隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的快速發(fā)展，基于變速運(yùn)行、變槳距調(diào)節(jié)的直驅(qū)永磁全功率變流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)顯示了較大的發(fā)展?jié)摿?，成為了目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向【9】。并網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)隨著并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模越來(lái)越大，風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的地位發(fā)生了轉(zhuǎn)變，大量風(fēng)電的接入勢(shì)必替代電網(wǎng)中部分同步機(jī)組，這部分同步機(jī)組的調(diào)頻調(diào)壓能力必須由其他同步機(jī)組或是風(fēng)電機(jī)組來(lái)承擔(dān)。另外，一旦發(fā)生輸電網(wǎng)故障迫使大面積風(fēng)電機(jī)組因自身保護(hù)而脫網(wǎng)的話，將導(dǎo)致系統(tǒng)潮流的大幅變化甚至可能引起大面積的停電【9】。如我國(guó)在2011年上半年三起大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)事故的發(fā)生，直接原因都是由于風(fēng)電場(chǎng)千伏饋線故障，造成三相短路，引起系統(tǒng)電壓跌落，大量風(fēng)電機(jī)組因不具備低電壓穿越能力、風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置電容器不具備自動(dòng)投切功能而造成的，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，也希望風(fēng)電機(jī)組具有傳統(tǒng)電源的故障穿越能力。低電壓穿越被認(rèn)為是并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)的最大挑戰(zhàn)之一，直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用。永磁同步電機(jī)控制永磁同步電機(jī)的高性能控制如矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，都需要知道轉(zhuǎn)子位置。通常，轉(zhuǎn)子位置通過(guò)軸編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾元件等進(jìn)行測(cè)量。但在兆瓦級(jí)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)直接相連接，定、轉(zhuǎn)子尺寸大，其機(jī)械結(jié)構(gòu)往往使編碼器無(wú)法安裝。為此，無(wú)傳感器技術(shù)成為了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一【9】。永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器的控制方法主要分為【11】：（1）基于電機(jī)基波模型的估算方法。該類方法基于電機(jī)的基波方程和參數(shù)，估算轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步可分為：開(kāi)環(huán)算法和基于各種觀測(cè)器的閉環(huán)算法開(kāi)環(huán)算法。主要包括利用定子端電壓和電流直接估算方法、反電勢(shì)積分法（主要適合隱極永磁同步電機(jī)和擴(kuò)展反電勢(shì)法（主要適合凸極永磁同步電機(jī)）等。開(kāi)環(huán)算法計(jì)算簡(jiǎn)單、工程較易實(shí)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但對(duì)電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性要求比較高，應(yīng)用時(shí)常結(jié)合電機(jī)參數(shù)的在線辨識(shí)【12】?；诟鞣N觀測(cè)器的閉環(huán)算法。針對(duì)開(kāi)環(huán)算法的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了基于各種觀測(cè)器的閉環(huán)算法，主要包括全階狀態(tài)觀測(cè)器、降階狀態(tài)觀測(cè)器、模型參考自適應(yīng)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法和滑模觀測(cè)器法等【13】。（2） 凸極跟蹤法。此類方法基于電機(jī)的凸極效應(yīng)固有的或人為的和高頻數(shù)學(xué)模型，不依賴于電機(jī)的基波方程和參數(shù)，因而這種方法能夠解決全速度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子位置的有效估算。由于追蹤的是轉(zhuǎn)子的凸極效應(yīng)，因而對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感，魯棒性好，并且系統(tǒng)的計(jì)算工作量不大，是比較理想的方法之一。凸極跟蹤法一般分為開(kāi)關(guān)暫態(tài)法和高頻信號(hào)注入法【14】。（3） 低頻注入法。該方法應(yīng)用于隱極永磁同步電機(jī)的信噪比較低，位置信號(hào)的提取較為困難【9】。（4） 人工智能法【15】?；谌斯ぶ悄艿墓浪惴椒ú恍枰到y(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力以及抗干擾性較強(qiáng)，但大多還處于理論研究階段，離實(shí)用化還有一段距離。并網(wǎng)變流器控制并網(wǎng)變流器作為分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口部分，承擔(dān)著向電網(wǎng)輸入電能、控制電網(wǎng)功率因數(shù)和并網(wǎng)電能質(zhì)量等重要任務(wù)，如何更加有效，可靠的使電能并入電網(wǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，其設(shè)計(jì)方法、數(shù)學(xué)模型和控制策略一直是研究熱點(diǎn)之一；變流器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，注入電網(wǎng)的電流諧波是一項(xiàng)重要指標(biāo)。如何設(shè)計(jì)并網(wǎng)濾波器使并網(wǎng)電流諧波含量達(dá)標(biāo)而同時(shí)變流器具有較好的動(dòng)態(tài)性能是研究重點(diǎn)之一【16】。在同樣諧波要求下，釆用LCL濾波器相對(duì)于L濾波器可以降低總電感量的大小，較適合在大功率應(yīng)用場(chǎng)合使用【9】但LCL濾波器存在零阻抗諧振點(diǎn)，使系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響，因此如何抑制LCL濾波器的諧振受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前釆用的方法主要分為無(wú)源阻尼和有源阻尼【17~18】。無(wú)源阻尼法通過(guò)在電容支路串聯(lián)或并聯(lián)電阻來(lái)阻尼振蕩，設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單可靠，控制上可采用現(xiàn)有成熟的控制策略，因此在工業(yè)中被廣泛釆用。但該方法也存在一些不足：由于阻尼電阻的損耗，系統(tǒng)效率降低，在大功率變流器中，阻尼電阻發(fā)熱嚴(yán)重，需考慮其散熱問(wèn)題。針對(duì)無(wú)源阻尼的不足，通過(guò)改變控制結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)穩(wěn)定的主動(dòng)阻尼技術(shù)，受到了研究人員越來(lái)越多的關(guān)注。常見(jiàn)的有虛擬電阻法、超前滯后網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法，基于遺傳算法的有源阻尼法等控制策略方面：根據(jù)是否引入并網(wǎng)電流反饋可以分為間接電流控制和直接電流控制【19】。直接電流控制具有快速的電流響應(yīng)，系統(tǒng)魯棒性也較間接電流控制有了很大的提高，是目前主流的控制策略，并先后形成不同的控制方案，大體上可分為線性控制和非線性控制兩類【20】。線性控制主要包括矢量控制、狀態(tài)反饋控制、預(yù)測(cè)電流和無(wú)差拍控制、內(nèi)模和重復(fù)控制等；非線性控制包括滯環(huán)電流控制和一些智能控制器如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等【21】。在直接電流控制中，電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵，其性能直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)性能。目前，比較常用的調(diào)節(jié)器有滯環(huán)調(diào)節(jié)器，比例積分調(diào)節(jié)器，比例諧振調(diào)節(jié)器。根據(jù)電流調(diào)節(jié)器的不同坐標(biāo)系實(shí)施方式分為靜止坐標(biāo)系控制法，自然坐標(biāo)系控制法，同步坐標(biāo)系控制法等。如何對(duì)不同坐標(biāo)系下的電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行評(píng)估比較是難點(diǎn)，其研究還比較尚缺。另外研究不同坐標(biāo)系下調(diào)節(jié)器的內(nèi)在聯(lián)系性和統(tǒng)一性，為尋求實(shí)施更為簡(jiǎn)單效果等同的新型調(diào)節(jié)器也具有重要意義【9】。3.4低電壓穿越技術(shù)隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增加以及其在輸電系統(tǒng)中穿透率的不斷提高，大型風(fēng)電場(chǎng)離網(wǎng)將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此各國(guó)或地區(qū)的TOSs均相繼提出了針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，要求大型風(fēng)電場(chǎng)能夠在電網(wǎng)電壓跌落至一定值時(shí)仍能保持并網(wǎng)發(fā)電一段時(shí)間，甚至有些國(guó)家或地區(qū)要求風(fēng)電場(chǎng)在此期間向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支撐電網(wǎng)恢復(fù)，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間區(qū)域，這些要求被稱為FRT或LVRT要求。2011年底，我同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)式批準(zhǔn)發(fā)布了《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，與能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》共同規(guī)定了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)要求：對(duì)于風(fēng)電裝機(jī)容量占其他電源總?cè)萘勘壤笥?%的?。▍^(qū)域）級(jí)電網(wǎng)，該電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具有低電壓穿越能力。下圖為對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越要求。a） 風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組具有在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%額定電壓時(shí)能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms的能力；b） 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

并網(wǎng)點(diǎn)電壓【標(biāo)蟲OL7并網(wǎng)點(diǎn)電壓【標(biāo)蟲OL7當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生三相短路故障、兩相短路故障或單相接地短路故障引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行；風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)任意線電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時(shí)，場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組允許從電網(wǎng)切出。對(duì)電網(wǎng)故障期間沒(méi)有切出電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)，其有功功率在電網(wǎng)故障切除后應(yīng)快速恢復(fù)，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復(fù)至故障前的值。對(duì)于百萬(wàn)千瓦以上風(fēng)電基地內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)，其場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具有低電壓穿越過(guò)程中的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力，要求如下：a)電網(wǎng)發(fā)生故障或擾動(dòng)，機(jī)組出口電壓跌落處于額定電壓的20%~90%區(qū)間時(shí)，機(jī)組需通過(guò)向電網(wǎng)注入無(wú)功電流支撐電網(wǎng)電壓，該動(dòng)態(tài)無(wú)功控制應(yīng)在電壓跌落出現(xiàn)后的75ms內(nèi)響應(yīng)，并能持續(xù)550ms的時(shí)間。b)機(jī)組注入電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功電流幅值為：Iqasg±1.5(0.9-Usag)I，其N中Usag為故障期間并網(wǎng)點(diǎn)電壓標(biāo)么值，0.2WUsagW0.9,I為風(fēng)電場(chǎng)的額定電N流。關(guān)于電網(wǎng)電壓跌落故障期間直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)行為特性以及如何提高其LVRT能力的研究，已成為國(guó)內(nèi)外風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。研究主要集中在以下幾個(gè)方面【22】：1)簡(jiǎn)單、低成本、高可靠性的LVRT實(shí)施方案；直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)全功率變流器與電網(wǎng)相連，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)不存在直接耦合，具有較強(qiáng)的LVRT能力。其低電壓穿越的主要問(wèn)題在于電網(wǎng)電壓跌落時(shí)輸入輸出能量不匹配導(dǎo)致直流母線電壓上升甚至超過(guò)安全值，而威脅到電力電子器件安全。目前采取的處理措施一般分為【23】：變槳控制，減小風(fēng)力機(jī)輸入功率。變槳分為正常工況下的變槳和緊急變槳兩種。在正常工況下，槳距角調(diào)節(jié)能力一般在5~15°，在緊急情況下，10~20也是有可能的，緊急變槳一般在轉(zhuǎn)速過(guò)高等工況下被激發(fā)。故可檢測(cè)電網(wǎng)電壓跌落信號(hào)，送入變槳控制器，使風(fēng)力機(jī)在發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落故障時(shí)，啟用緊急變槳，

使槳距角迅速增加，從而使風(fēng)力機(jī)所捕獲能量迅速減小，緩解能量的不平衡。當(dāng)電壓恢復(fù)后，再調(diào)節(jié)槳距角，使其恢復(fù)原態(tài)。然而，單純依賴緊急變槳控制，即使采用20°/s的變槳速度，也可能不能阻止中間電壓上升而超過(guò)安全值。因此，變獎(jiǎng)控制一般作為輔助措施。（2）增加硬件電路儲(chǔ)存和消耗多余能量；全功率變流器直流側(cè)增加能耗型卸荷電路,進(jìn)一步分為兩種方法，如圖（a）：卸荷電阻通過(guò)功率器件與直流側(cè)連接；卸荷電阻通過(guò)Buck電路與直流側(cè)連接?？偟膩?lái)說(shuō)，該方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性高，缺點(diǎn)是以熱能的形式把能量消耗掉，需要較大的阻性負(fù)載；針對(duì)能耗型卸荷電路缺點(diǎn)，C.Abbey等提出在直流側(cè)增加儲(chǔ)能型卸荷電路的方案，如圖（b）：該方案采用雙向把直流母線和儲(chǔ)能設(shè)備連接在一起，儲(chǔ)能設(shè)備可選用蓄電池或超級(jí)電容等。通過(guò)控制雙向DC/AC，當(dāng)直流側(cè)電壓過(guò)高時(shí)，把多余能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能設(shè)備中，當(dāng)直流母線不足時(shí)，把儲(chǔ)能設(shè)備存能量釋放出來(lái)，為母線電容充電，提高直流側(cè)電壓。相對(duì)于能耗型卸荷電路，該方案優(yōu)點(diǎn)是能量可再利用，能夠較好地保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定，并能用存儲(chǔ)的能量為電網(wǎng)提供一定的功率支持。缺點(diǎn)是需要額外的儲(chǔ)能設(shè)備，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和維護(hù)費(fèi)用，提高了系統(tǒng)成本，但儲(chǔ)能型方案仍是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，因?yàn)槠溥€可提供平滑的風(fēng)能，避免了風(fēng)的隨機(jī)間歇性帶來(lái)電能質(zhì)量問(wèn)題；儲(chǔ)能系統(tǒng)Buck耳流側(cè)譏流側(cè)（對(duì)直流側(cè)能耗型卸荷電路儲(chǔ)能系統(tǒng)Buck耳流側(cè)譏流側(cè)（對(duì)直流側(cè)能耗型卸荷電路直流側(cè)（b）門流側(cè)儲(chǔ)能世卸荷電路在直流側(cè)和電網(wǎng)之間增加輔助網(wǎng)側(cè)變流器。由于網(wǎng)側(cè)變流器一般采用IGBT、IGCT等功率器件，成本較高，電壓、電流裕量不可能太大，而增加的輔助變流器，可選擇成本相對(duì)較低的器件如SCR（硅［矽］可控整流器）等。輔助變流器與主變流器并聯(lián)，在電網(wǎng)故障時(shí)，使部分功率從輔助變流器流入電網(wǎng)，保持直流側(cè)的功率平衡。該方法的優(yōu)點(diǎn)是故障期間也可以向電網(wǎng)輸送全部功率，能量未被浪費(fèi)，缺點(diǎn)是需增加功率等級(jí)更大的輔助變流器，在故障發(fā)生和結(jié)束時(shí)要進(jìn)行網(wǎng)側(cè)變流器和輔助變流器切換，成本相對(duì)較高，控制也較復(fù)雜；④發(fā)電機(jī)定子側(cè)Crowbar保護(hù)。該方案借鑒雙饋式風(fēng)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電路結(jié)構(gòu)提出卸荷電阻接在發(fā)電機(jī)定子側(cè)，功率開(kāi)關(guān)采用品閘管構(gòu)成的靜態(tài)幵關(guān)具有較大的通流能力和較快的切換速度。這種方式的Crowbar保護(hù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是對(duì)發(fā)電機(jī)輸出有較大影響。（3）改進(jìn)控制算法減小發(fā)電機(jī)的輸出功率。傳統(tǒng)的控制策略之所以會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)過(guò)壓，是由于發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器與電網(wǎng)解耦。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，機(jī)側(cè)仍不受干擾的繼續(xù)運(yùn)行于跌落前指令值，而網(wǎng)側(cè)變流器與電網(wǎng)直接耦合，功率瞬時(shí)跌落，輸入輸出的不平衡能量導(dǎo)致中間直流環(huán)節(jié)過(guò)壓。針對(duì)傳統(tǒng)控制策略導(dǎo)致過(guò)壓的機(jī)理，文獻(xiàn)【24】，提出機(jī)側(cè)網(wǎng)側(cè)交叉控制，即通過(guò)交叉控制，把電網(wǎng)電壓跌落信號(hào)引入機(jī)側(cè)變流器功率外環(huán)的指令計(jì)算，減小發(fā)電機(jī)輸出功率來(lái)防止直流過(guò)壓。文獻(xiàn)【25】提出在電網(wǎng)電壓跌落期間，按照電網(wǎng)電壓正序分量和額定電壓的比值減小發(fā)電機(jī)功率來(lái)防止直流過(guò)壓。文獻(xiàn)【26】提出將傳統(tǒng)控制策略的機(jī)側(cè)網(wǎng)側(cè)變流器控制功能對(duì)調(diào)，通過(guò)機(jī)側(cè)變流器調(diào)節(jié)直流母線電壓，網(wǎng)側(cè)變流器實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，機(jī)側(cè)直流電壓外環(huán)會(huì)自動(dòng)減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而使風(fēng)力機(jī)加速，將不平衡能量?jī)?chǔ)存于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)?？傮w而言，該類方案均是通過(guò)適當(dāng)控制將不平衡能量?jī)?chǔ)存于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)，無(wú)需外加硬件消耗和儲(chǔ)存剩余能量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了裝置成本。但如何盡可能快的加速大慣性的風(fēng)電機(jī)組是一個(gè)難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的研究目前還較少，特別在改進(jìn)算法方面，很多僅是概念性的提出，針對(duì)具體方法下變流器的控制特性、各種跌落工況下系統(tǒng)特性的研究還較少。2）電網(wǎng)電壓不對(duì)稱跌落下變流器控制策略研究傳統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略是基于電網(wǎng)平衡條件下設(shè)計(jì)的，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生不對(duì)稱跌落時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓偶次諧波和并網(wǎng)電流奇次諧波增加。因此，針對(duì)該問(wèn)題，電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)網(wǎng)側(cè)變流器的控制成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。目前不平衡控制目標(biāo)大致分為【27】：瞬時(shí)有功無(wú)功控制、平均有功無(wú)功控制、瞬時(shí)正序控制、平衡正序控制、有功功率振蕩補(bǔ)償、無(wú)功功率振蕩補(bǔ)償?shù)?。平衡正序控制?shí)現(xiàn)了并網(wǎng)電流的正弦平衡控制、有功功率振蕩補(bǔ)償消除了瞬時(shí)有功功率的振蕩從而使直流側(cè)振蕩消除，這兩者應(yīng)用較為廣泛。改進(jìn)算法的主要目的均是希望抑制電網(wǎng)電壓負(fù)序分量對(duì)并網(wǎng)電流和直流電壓的影響，期望的不平衡控制既能消除直流側(cè)電壓中偶次脈動(dòng)，又能維持并網(wǎng)電流的平衡、不畸變。為了實(shí)現(xiàn)以上控制目標(biāo)，釆用的控制策略一般分為：（1）單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制【28】。是在正序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，將電網(wǎng)電壓負(fù)序分量作為干擾，疊加在單控制電壓輸出上，作為前饋量來(lái)抵消負(fù)序電網(wǎng)電壓的影響。由于負(fù)序分量在正序坐標(biāo)系下表現(xiàn)為次諧波，而不能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié)，電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)是難點(diǎn)。但該方法省去了電流正、負(fù)序分離，控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，也吸引了較多研究人員。（2）雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制【29】。在正同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和負(fù)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中分別對(duì)正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行控制，因此若不考慮零序分量，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下均為直流量的控制，控制參數(shù)設(shè)計(jì)相對(duì)容易，易于利用原有平衡控制策略下電流調(diào)節(jié)器。但該方法需分別進(jìn)行正、負(fù)序SRF定向，兩套SRF構(gòu)成四個(gè)電流內(nèi)環(huán)，使得系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。該類方法研究主要集中在電網(wǎng)電壓同步與電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分離算法，電流指令發(fā)生器優(yōu)化，電流正、負(fù)序分離檢測(cè)算（3）靜止坐標(biāo)系控制【30】。在靜止坐標(biāo)系下對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，為實(shí)現(xiàn)電流的無(wú)靜差調(diào)節(jié)，控制器的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)。文獻(xiàn)采用了靜止坐標(biāo)系的廣義積分器，內(nèi)?？刂破鞯龋_(dá)到了較好的控制性能。此類方法省去了較多的靜止坐標(biāo)系與同步坐標(biāo)系繁瑣的坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化了算法，同時(shí)不需要分離電流正、負(fù)序，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也避免了電流正、序分離對(duì)系統(tǒng)控制帶寬的影響，是電網(wǎng)不平衡下控制策略改進(jìn)的重要方向之一。未來(lái)風(fēng)力技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外許多專家認(rèn)為,永磁發(fā)電機(jī)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是未來(lái)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向,對(duì)大型直驅(qū)式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)尤其是這樣。從理論上講,系統(tǒng)的電能輸出是按它獲得的空氣體積的三次方增加的,也就是說(shuō),隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增大,系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)部件的重量也會(huì)成比例地增加,因此發(fā)展結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的永磁發(fā)電機(jī)具有一定的優(yōu)勢(shì)。特別是隨著永磁材料技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)等的發(fā)展,永磁發(fā)電機(jī)型直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的市場(chǎng)前景逐漸顯現(xiàn)【31】。中國(guó)風(fēng)能資源分布及發(fā)展前景我國(guó)陸上風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在三北地區(qū)（東北、華北、西北）東南沿海及附近島嶼。東北、華北、西北地區(qū)風(fēng)能豐富帶包括東北三省、河北、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、西藏和新疆等省、自治區(qū)近200km寬的地帶,風(fēng)功率密度在200?300W/m2以上，有的可達(dá)500W/m2以上，可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約2億kW,占全國(guó)可利用儲(chǔ)量的80%。另外,該地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)地形平坦,交通方便,沒(méi)有破壞性風(fēng)速,是中國(guó)連成一片的最大風(fēng)能資源區(qū),有利于大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電場(chǎng)。東南沿海受臺(tái)灣海峽的影響,每當(dāng)冷空氣南下到達(dá)海峽時(shí),由于峽管效應(yīng)使

風(fēng)速增大。冬春季的冷空氣、夏秋的臺(tái)風(fēng),都能影響到沿海及其島嶼,是中國(guó)風(fēng)能最佳豐富區(qū)。中國(guó)有海岸線約1800km,島嶼6000多個(gè)，是風(fēng)能大有開(kāi)發(fā)利用前景的地區(qū),而且中國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，10m高度可利用的風(fēng)能資源約7.5億kW。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟,經(jīng)濟(jì)上可行,將來(lái)必然會(huì)成為重要的可持續(xù)能源。國(guó)H徘■fiDuirnjoe3DC0—iSJCOH刊叫疳Jim史固全于3n/s^時(shí)毀必?tn國(guó)H徘■fiDuirnjoe3DC0—iSJCOH刊叫疳Jim史固全于3n/s^時(shí)毀必?tncranm^iduratt)i