風(fēng)能發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電論文

XX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)引言作為可再生能源的風(fēng)力資源以其蘊(yùn)量巨大；可以再生；分布廣泛；沒(méi)有污染等優(yōu)勢(shì)而在各國(guó)發(fā)展迅速。雖然風(fēng)能資源還有密度低，不穩(wěn)定，地區(qū)差異大等缺點(diǎn)，但是仍然不能阻擋它快速發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭。大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)前世界范圍內(nèi)風(fēng)能利用的主要形式。目前風(fēng)力發(fā)電已成為技術(shù)最成熟、最具商業(yè)化前景的新型發(fā)電方式之一，而且商品化的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已成為新建風(fēng)電場(chǎng)的主力機(jī)型。由于異步發(fā)電機(jī)對(duì)并網(wǎng)要求低，控制和保護(hù)比較簡(jiǎn)單，并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，因此采用異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是國(guó)內(nèi)外商品化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所采取的主要技術(shù)方案。但異步發(fā)電機(jī)直接并入電網(wǎng)時(shí)，其沖擊電流會(huì)達(dá)到其額定電流的6～8倍，甚至10倍以上，該沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)、葉輪以及發(fā)電機(jī)本身造成嚴(yán)重的沖擊，甚至?xí)绊懫渌?lián)網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行。另外，并網(wǎng)沖擊電流也會(huì)對(duì)電機(jī)接觸器、主空氣開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)設(shè)備造成較強(qiáng)的沖擊。因此，限制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)引起的沖擊電流成為風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組普遍采用軟并網(wǎng)技術(shù)，用于限制異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的瞬態(tài)沖擊電流。軟并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用大功率晶閘管進(jìn)行限流，在機(jī)組電動(dòng)啟動(dòng)或并網(wǎng)過(guò)程中控制系統(tǒng)根據(jù)收到命令情況和相應(yīng)傳感器的信號(hào)對(duì)并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行控制，并網(wǎng)結(jié)束后旁路晶閘管支路短接，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束。前人在軟并網(wǎng)這方面作了大量的工作，探討了利用何種并網(wǎng)方式能有效的解決并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的影響的問(wèn)題，研究了利用軟并網(wǎng)來(lái)限制沖擊電流幅值的效果如何以及分析了用晶閘管進(jìn)行軟并網(wǎng)時(shí)晶閘管如何控制等問(wèn)題。但由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的非線性過(guò)程，另外，軟并網(wǎng)裝置對(duì)晶閘管的要求非常嚴(yán)格，這在技術(shù)上是一個(gè)很大的難題。目前仍待解決的問(wèn)題是用何種并網(wǎng)方式可既簡(jiǎn)單又方便地把并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流限制在允許的限度內(nèi)，另外，若利用晶閘管進(jìn)行軟并網(wǎng)，怎樣才能做到每只晶閘管的特性完全一致以及在并網(wǎng)過(guò)程中如何控制晶閘管才能更好地達(dá)到限制沖擊電流的目的。本論文針對(duì)上述問(wèn)題，首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電的一般原理進(jìn)行了解，建立了軟啟動(dòng)數(shù)學(xué)模型、軟并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型及相應(yīng)的控制系統(tǒng)仿真模型，在PSCAD/EMTDC環(huán)境下對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)和軟并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行了仿真模擬實(shí)驗(yàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和研究。本論文所建立的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)仿真模型和軟并網(wǎng)仿真仿真模型，可直觀的分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)和軟并網(wǎng)過(guò)程并進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析和研究得出通過(guò)利用晶閘管進(jìn)行軟并網(wǎng)可把并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流限制在允許的范圍內(nèi)，確保了發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的正常運(yùn)行。另外，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)裝置中晶閘管控制電路的觸發(fā)規(guī)律與發(fā)電機(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系進(jìn)行仿真和分析，可得出晶閘管控制電路的好壞也直接關(guān)系著沖擊電流的幅值大小。以上這些結(jié)論為限制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的影響提供了一些參考。第一章緒論1.1風(fēng)能開(kāi)發(fā)與風(fēng)力發(fā)電人類利用風(fēng)能已有數(shù)千年歷史，在蒸汽機(jī)發(fā)明以前風(fēng)能曾經(jīng)作為重要的動(dòng)力，用于船舶的航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和鋸木等。到了19世紀(jì)末，開(kāi)始利用風(fēng)力發(fā)電，這在解決農(nóng)村電氣化方面顯示了重要的作用，特別是20世紀(jì)70年代以后利用風(fēng)力發(fā)電更進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段。1.2風(fēng)力發(fā)電的基本原理1.2.1現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介先前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電時(shí)有時(shí)無(wú)，電壓和頻率不穩(wěn)定，是沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。一陣狂風(fēng)吹來(lái)，風(fēng)輪越轉(zhuǎn)越快，系統(tǒng)就會(huì)被吹跨。為了解決這些問(wèn)題，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的示意如圖TOC\o"1-3"\p""\u1-2所示。、圖1-2.現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)示意圖齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（600千瓦的風(fēng)機(jī)通常為27轉(zhuǎn)/分）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（通常為1500轉(zhuǎn)/分）。同時(shí)也使得發(fā)電機(jī)易于控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。偏航系統(tǒng)可以使風(fēng)輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向。要知道，600千瓦的風(fēng)機(jī)機(jī)艙總重20多噸，使這樣一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)向也有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。風(fēng)機(jī)是有許多轉(zhuǎn)動(dòng)部件的。業(yè)已說(shuō)明，機(jī)艙在水平面旋轉(zhuǎn)，隨時(shí)跟風(fēng)。風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生動(dòng)力。在變槳矩風(fēng)機(jī)，組成風(fēng)輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉(zhuǎn)，以便適應(yīng)不同的風(fēng)況。在停機(jī)時(shí)，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。液壓系統(tǒng)就是用于調(diào)節(jié)葉片槳矩、阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)下使用。控制系統(tǒng)是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的神經(jīng)中樞?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)是無(wú)人值守的。就600千瓦風(fēng)機(jī)而言，一般在4米/秒左右的風(fēng)速自動(dòng)啟動(dòng)，在14米/秒左右發(fā)出額定功率。然后，隨著風(fēng)速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風(fēng)速達(dá)到25米/秒時(shí)自動(dòng)停機(jī)。現(xiàn)代風(fēng)機(jī)的存活風(fēng)速為60-70米/秒，也就是說(shuō)在這么大的風(fēng)速下風(fēng)機(jī)也不會(huì)被吹壞。要知道，通常所說(shuō)的12級(jí)颶風(fēng)，其風(fēng)速范圍也僅為32.7-36.9米/秒。風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，要在這樣惡劣的條件下，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ο到y(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運(yùn)行，自動(dòng)地并網(wǎng)和脫網(wǎng)。并監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對(duì)出現(xiàn)的任何異常進(jìn)行報(bào)警，必要時(shí)自動(dòng)停機(jī)。1.3風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。在理論上，最好的風(fēng)輪約60%的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪效率可達(dá)40%。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出達(dá)到額定功率之前，其功率與風(fēng)速的立方成正比。風(fēng)力發(fā)電的突出優(yōu)點(diǎn)是[1]：環(huán)境效益好，不排放任何有害氣體和廢氣物。風(fēng)電場(chǎng)雖然占了大片土地，但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)使用面積很小，不影響農(nóng)田和牧場(chǎng)的正常生產(chǎn)。到風(fēng)的地方往往是荒灘或山地，建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的同時(shí)也開(kāi)發(fā)了旅游資源。1.4中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢(shì)風(fēng)電起源于20世紀(jì)70年代，風(fēng)電技術(shù)成熟于八十年代。自90年代以來(lái)，風(fēng)電進(jìn)入大發(fā)展階段，單機(jī)容量兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)設(shè)備已投入商業(yè)化運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電是近年來(lái)世界各國(guó)普遍關(guān)注的可再生能源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，發(fā)展速度非?？臁?997-2004年，全球風(fēng)電裝機(jī)年平均增長(zhǎng)率達(dá)26.1%。目前全球風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到5000萬(wàn)千瓦左右，相當(dāng)于47座標(biāo)準(zhǔn)核電站。1.4.1中國(guó)風(fēng)能資源的分布中國(guó)風(fēng)能資源豐富，根據(jù)全國(guó)900多個(gè)氣象站的觀測(cè)資料估計(jì)，我國(guó)陸地風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約32.26億千瓦，其中可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能資源總量為2.53億千瓦，居世界首位；中國(guó)近海（水深小于15米）風(fēng)能資源，估計(jì)為陸上的三倍，即近海的風(fēng)能儲(chǔ)量約為7.5億千瓦。這樣，陸上和近海10米高處技術(shù)可開(kāi)發(fā)風(fēng)能資源總量，總計(jì)約為10億千瓦。現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高度已超過(guò)50米，50米處的風(fēng)能密度為10米高處的2倍，這樣，中國(guó)技術(shù)可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源總量，即可高達(dá)20億千瓦。我國(guó)東南沿海和山東、遼寧沿海及其島嶼，內(nèi)蒙古北部，甘肅、新疆北部以及松花江下游等地區(qū)均屬風(fēng)能資源豐富區(qū)，年平均風(fēng)速大于等于6m/s，有效風(fēng)能密度大于等于200W/m2，有很好的開(kāi)發(fā)利用條件。這些地區(qū)中很多地方常規(guī)能源貧乏，無(wú)電或嚴(yán)重缺電，尤其是新疆、內(nèi)蒙古的大部分草原牧區(qū)及沿海幾千個(gè)島嶼，人口分散，電網(wǎng)難以通達(dá)，或無(wú)電力供應(yīng)，或采用很貴的柴油發(fā)電。在上述地區(qū)，利用風(fēng)力發(fā)電，以節(jié)約能源，改善環(huán)境，緩解電力供應(yīng)緊張狀況，具有重要意義。另一方面，這幾年我國(guó)的交通條件得到很大的改善，電網(wǎng)覆蓋程度有了很大的提高，不少風(fēng)能資源豐富地區(qū)已置于電網(wǎng)覆蓋之下，這也為建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)提供了有利條件。上述情況決定了我國(guó)發(fā)展風(fēng)電的特點(diǎn)是：在風(fēng)能資源豐富或較豐富的邊遠(yuǎn)無(wú)電、缺電地區(qū)，以發(fā)展小型或中型獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)（包括風(fēng)力/柴油聯(lián)合發(fā)電和風(fēng)/光聯(lián)合發(fā)電等）為主，利用風(fēng)力發(fā)電解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的生活用電和部分生產(chǎn)用電；在風(fēng)力資源豐富、電網(wǎng)通達(dá)的地區(qū)，風(fēng)力發(fā)電則作為一種清潔的可再生能源，補(bǔ)充和逐步代替部分常規(guī)能源，緩解電力供應(yīng)緊張的矛盾，提高當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量，所以應(yīng)以發(fā)展大型風(fēng)電場(chǎng)為主[1]。1.4.2中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是將多臺(tái)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在風(fēng)力資源好的場(chǎng)地，按照地形和主風(fēng)向排成陣列，組成機(jī)群向電網(wǎng)供電，簡(jiǎn)稱風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)電場(chǎng)是大規(guī)模利用風(fēng)電的有效方式，于20世紀(jì)80年代在美國(guó)興起。我國(guó)計(jì)劃到2010年，并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到500萬(wàn)千瓦。目前，我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量還不到全國(guó)總裝機(jī)容量（4.5億千瓦）的0.5%，根據(jù)我國(guó)能源發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)風(fēng)電具有大規(guī)模發(fā)展的前景和市場(chǎng)需求。風(fēng)力發(fā)電能夠成為中國(guó)電源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，發(fā)展風(fēng)電有利于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。目前中國(guó)的電源結(jié)構(gòu)中75%是煤電，排放污染嚴(yán)重，增加風(fēng)電等清潔電源比重刻不容緩。尤其在減少二氧化碳等溫室氣體排放，緩解全球氣候變暖方面，風(fēng)電是有效措施之一。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，中國(guó)常規(guī)能源資源人均擁有量相對(duì)較少，為保持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取措施解決能源供應(yīng)。中國(guó)風(fēng)能資源豐富，如果能夠充分開(kāi)發(fā)，按目前估計(jì)的技術(shù)可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量計(jì)算，風(fēng)電年發(fā)電量可達(dá)幾萬(wàn)億千瓦時(shí)。據(jù)官方和專家的推算，中國(guó)2020年需要10億千瓦的發(fā)電裝機(jī)，4萬(wàn)億千瓦時(shí)的發(fā)電量，之后如果按照人均2千瓦，達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家生活水平的基本要求，在2050年中國(guó)需要大約30億千瓦的發(fā)電裝機(jī)和12萬(wàn)億千瓦時(shí)的發(fā)電量。龐大的裝機(jī)和發(fā)電量需求，給風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展提供了足夠的空間。由中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)可再生能源專業(yè)委員會(huì)主持、綠色和平和歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)共同資助的報(bào)告指出，中國(guó)有能力在2020年實(shí)現(xiàn)3000-4000萬(wàn)千瓦的風(fēng)電裝機(jī)容量，年發(fā)電量將達(dá)800億千瓦時(shí)，可滿足8000萬(wàn)人的用電需求，同時(shí)每年可減少4800萬(wàn)噸的二氧化碳排放量。

專家們預(yù)測(cè)，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展可能將分為3個(gè)階段進(jìn)行：首先在2010年之前完成起步階段，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)400-500萬(wàn)千瓦，初步奠定風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)；第二階段是2020年達(dá)到3000萬(wàn)—4000萬(wàn)千瓦，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，在全部發(fā)電裝機(jī)中占有一定比例；第三階段是在2020年之后超過(guò)核電成為第三大發(fā)電電源，并在2050年前后達(dá)到或超過(guò)4億千瓦，超過(guò)水電，成為第二大主力發(fā)電電源[5]。中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)能源的需求增長(zhǎng)很快，常規(guī)能源的供應(yīng)及其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益突出，風(fēng)電隨著技術(shù)的發(fā)展和批量的增大，成本將會(huì)繼續(xù)下降，必然成為重要的清潔電源。第二章PSCAD/EMTDC軟件簡(jiǎn)介為了研究高壓直流輸電系統(tǒng)，DennisWoodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水電局(ManitobaHydro)開(kāi)發(fā)完成了EMTDC的初版，隨后在曼尼托巴大學(xué)(UniversityofManitoba)創(chuàng)建高壓直流輸電研究中心，多年來(lái)該直流輸電研究中心在DennisWoodford的領(lǐng)導(dǎo)下不斷完善了EMTDC的元件模型庫(kù)和功能，使之發(fā)展為既可以研究交直流電力系統(tǒng)問(wèn)題，又能夠完成電力電子仿真及非線性控制的多功能工具(Versatiletoo1)[7]。是一種世界各國(guó)廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件，PSCAD是其用戶界面，PSCAD的開(kāi)發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用EMTDC進(jìn)行電力系統(tǒng)分析，使電力系統(tǒng)復(fù)雜部分可視化成為可能，而且軟件可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器的前置端?？赡M任意大小的交直流系統(tǒng)。操作環(huán)境為：UNIXOS,Windows95,98,NT；Fortran編輯器；瀏覽器和TCP/IP協(xié)議。2.1PSCAD/EMTDC的程序結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)PSCAD/MTDC軟件的主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域仿真，還可以進(jìn)行交流系統(tǒng)的諧波研究、暫態(tài)扭矩的分析、直流系統(tǒng)的啟動(dòng)、直流系統(tǒng)換相方法研究、串聯(lián)或并聯(lián)的多端輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真、同桿架設(shè)的交直流電路的相互影響等。EMTDC程序具有“拍照”功能，可記錄下某個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)中工作狀態(tài)，為重新計(jì)算提供正確的條件，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程。

2.2PSCAD軟件模塊的構(gòu)成2.2.1文件管理系統(tǒng)當(dāng)用戶涉及PSCAD

時(shí)所遇到的第一個(gè)軟件模塊就是文件管理系統(tǒng)。采用一種工程/算題/文件的分層結(jié)構(gòu)來(lái)表示用戶進(jìn)行電力系統(tǒng)模擬研究的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。如果得到授權(quán)可以進(jìn)入該數(shù)據(jù)庫(kù),

這樣,

局部網(wǎng)上的不同用戶可以共享同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。從文件管理軟件模塊可以直接進(jìn)行諸如備份、儲(chǔ)存、文件編緝、拷貝和刪除等操作。

通過(guò)選擇文件管理模塊屏幕右上角的適當(dāng)菜單可調(diào)用PSCAD

的其它軟件模塊,

很多情況下將所有的軟件模塊同時(shí)激活,

有些模塊的圖像可能暫時(shí)隱藏在正在處理的模塊圖像之下。2.2.2建模DRAFT模塊建模程序包是PSCAD

程序族中最有功效的。借助建模包,

用戶可以用圖形的方法建立需要進(jìn)行模擬研究的電力系統(tǒng)模型。通過(guò)選擇不同的功能,

建模包可以為EMTDC

或RTDS模擬研究準(zhǔn)備必需的文件。

電力系統(tǒng)元部件圖像位于調(diào)色板中(建模窗口的右側(cè))并可移至畫(huà)布上(左側(cè)),

通過(guò)將各元部件模型互連便完成了電力系統(tǒng)模型。不同元部件模型所需的參數(shù)可在調(diào)用這些模型時(shí)屏幕上出現(xiàn)的菜單中直接輸入。具有大量互聯(lián)元部件的電力系統(tǒng)模型同樣易于處理,

因?yàn)楫?huà)布部分可分為很多層次并可在屏幕上滾動(dòng)顯示。當(dāng)用戶完成了模型構(gòu)筑時(shí),

可以通過(guò)基于PS格式的激光打印機(jī)或者可以接受HP-GL

命令的繪圖儀輸出硬拷貝。2.2.3架空線T-LINE和電纜CABLE模塊確定架空輸電線和電纜的行波模型所需數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的。為了確定變換矩陣、模式傳輸時(shí)間和波阻抗,

需要進(jìn)行特征值分析。為了完成這種分析,

需要使用T-LINE和CABLE

模塊。通過(guò)功能選擇可以產(chǎn)生單頻率模式模型或者完全的頻率相關(guān)行波模型。

架空線模型所需要的數(shù)據(jù)有導(dǎo)線的空間相對(duì)位置以及導(dǎo)線的半徑和電阻率。對(duì)于電纜,

每一導(dǎo)電層和絕緣層的半徑和特性都是必需的。

由T-LINE和CABLE

模塊所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以直接輸入到PSCAD

的建模(DRAFT)模塊中。2.2.4運(yùn)行RUN

TIME模塊運(yùn)行模塊中的EMTDC

操作員控制臺(tái)軟件模塊和RTDS控制臺(tái)軟件模塊可分別為運(yùn)行EMTDC和RTDS提供控制操作功能和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)功能。軟件中提供了完善的界面,

允許使用者裝入、啟動(dòng)或停止一個(gè)模擬算題,

并可在模擬過(guò)程中與之通訊。由于采用了多種儀表和模擬過(guò)程數(shù)據(jù)在線繪圖,

允許使用者獲得相關(guān)模擬算題的即時(shí)反饋。使用者所激發(fā)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,

如整定值改動(dòng)、開(kāi)關(guān)操作以及故障觸發(fā)可以通過(guò)操縱滑觸頭、電位器、開(kāi)關(guān)和按鈕進(jìn)行。2.2.5單曲線繪圖UNIPLOT和多曲線繪圖MULTIPLOT模塊EMTDC

和RTDS所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的分析和繪圖是通過(guò)單曲線繪圖模塊進(jìn)行的。可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)尺整定和通用格式整定。對(duì)于繪圖用的數(shù)據(jù)可直接進(jìn)行傅里葉分析。如果要處理大量的數(shù)據(jù),

可以通過(guò)編程的辦法形成自動(dòng)處理順序。

多曲線繪圖模塊可以將單曲線繪圖模塊繪出的曲線整理成適合報(bào)告應(yīng)用?？蓪⒍喔€組合安排在單張紙上。使用者可以直接處理曲線并在紙面上添加需要的文字說(shuō)明并可繪制其它美化標(biāo)志。2.3EMTDC模塊EMTDC

是一套基于軟件的電磁暫態(tài)模擬程序,

可以通過(guò)PSCAD

進(jìn)行調(diào)用。用戶可以通過(guò)調(diào)用隨EMTDC

主程序一起提供的庫(kù)程序模塊或利用用戶自己開(kāi)發(fā)的元部件模型有效地組裝任何可以想象出的電力系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)。EMTDC

的威力之一是可以較為簡(jiǎn)單地模擬復(fù)雜電力系統(tǒng),

包括直流輸電系統(tǒng)和其相關(guān)的控制系統(tǒng)。2.3.1利用EMTDC可進(jìn)行的模似研究范圍（1）一般的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)研究

（2）直流輸電結(jié)構(gòu)和控制

（3）FACTS(靈活交流輸電系統(tǒng))元部件模型

（4）同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的扭矩效應(yīng)和自勵(lì)磁研究

（5）靜止補(bǔ)償器研究

（6）非線性控制系統(tǒng)研究

（7）變壓器飽和研究,

如鐵磁振蕩和鐵芯飽和不穩(wěn)定性研究

（8）絕緣配合研究

（9）諧波相互影響研究

（10）新型控制系統(tǒng)原則的開(kāi)發(fā)

（11）陡前波分析

2.4PSCAD/EMTDC的應(yīng)用PSCAD／EMTDC典型應(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，此外PSCAD／EMTDC軟件廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、FACTS控制器的設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算。第三章風(fēng)能數(shù)學(xué)模型的建立和仿真3.1風(fēng)能的數(shù)學(xué)模型風(fēng)能作用于風(fēng)力機(jī)的葉片上，作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原動(dòng)力。為了能較準(zhǔn)確的描述自然界的風(fēng)能的隨機(jī)性和間歇性的變化特點(diǎn)，在工程上一般采用簡(jiǎn)化的四分量模型來(lái)模擬風(fēng)速隨時(shí)間變化的特征。3.1.1基本風(fēng)基本風(fēng)可以由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)量所得的威布爾（Weibull）分布參數(shù)近似確定（3-1）式中：A、K——表示威布爾分布尺度參數(shù)和形狀參數(shù)；——伽馬函數(shù)。在實(shí)際領(lǐng)導(dǎo)真時(shí)我們近似認(rèn)為vwB是一個(gè)不隨時(shí)間變化的分量，也就是取vwB為一個(gè)常數(shù)。3.1.2陣行風(fēng)vwG用于表述風(fēng)速的突然變化，在3個(gè)時(shí)間段內(nèi)有不同的風(fēng)速。（1）0<t<T1G風(fēng)速vwG=0（2）T1G<=1<(T1G+TG),風(fēng)速vuG=vcos。Vcos表示在該時(shí)間段內(nèi)風(fēng)速變化具有佘弦特性，其表達(dá)式為：（3-2）式中：vmaxG——陣行風(fēng)最大的風(fēng)速（m/s）t——時(shí)間（s）T1G——出現(xiàn)陣性風(fēng)的時(shí)間（起動(dòng)時(shí)間s）TG——陣性風(fēng)的持續(xù)時(shí)間（3）t>T1G+TG風(fēng)速vwG=0可見(jiàn)當(dāng)t=T1G時(shí)vcos=0t=(T1G+TG/2)vcos=vmaxt=T1G+TGvcos=0陣性風(fēng)變化過(guò)程如圖所示：vvwGvmax圖3-1陣行風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖在分析風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)電壓波動(dòng)的影響時(shí)，通常用陣性風(fēng)來(lái)考核較大的風(fēng)速變化時(shí)的電壓波動(dòng)的特性。3.1.3漸變風(fēng)vwR用于描述風(fēng)速的逐漸的變化。在4個(gè)時(shí)間區(qū)段內(nèi)有不同風(fēng)速（1）0<t<T1R風(fēng)速vwR=0（2）T1R<=t<T2R風(fēng)速vwR=vramp。vramp表示在該時(shí)間區(qū)段內(nèi)風(fēng)速線性變化表達(dá)式：（3-3）可見(jiàn)t=T1Rvramp=0t=T2Rvramp=vmax（3）T2R<=t,<=T2R+TR 風(fēng)速vwR=vmax（4）t>=T2R+TR風(fēng)速vwR=0漸變風(fēng)變化過(guò)程：VVwRVmaxT1RT2RT2R+TGt圖3-2漸變風(fēng)隨時(shí)間變化曲線圖3.1.4隨機(jī)噪聲風(fēng)vwN用以描述在指定的高度的風(fēng)速變化的隨機(jī)風(fēng)的特性，由許多諧波分量構(gòu)成，其表達(dá)式為：（3-4）——隨機(jī)分布的離散間距——第I個(gè)分量的角頻率——第I個(gè)分量的初相角為0~2Pi之間分布的隨機(jī)量——第I個(gè)分量的振幅（3-5）式中：kN——地表摩擦系數(shù)F——攏動(dòng)范圍m2——相對(duì)高度的平均風(fēng)速（m/s）3.1.5綜合風(fēng)速表達(dá)式綜合風(fēng)速表達(dá)式即是對(duì)前面的四個(gè)分量風(fēng)的表達(dá)式求和即可，其表達(dá)式如下：（3-6）3.2風(fēng)能的仿真3.2.1基本風(fēng)的仿真我們將基本風(fēng)作為常數(shù)考慮，仿真模塊與結(jié)果如圖4·3和4·4所示。在仿真基本風(fēng)模塊時(shí)取常數(shù)為8m/s。圖3-3基本風(fēng)仿真模塊圖3-4基本風(fēng)輸出仿真波形3.2.2陣形風(fēng)的仿真陣形風(fēng)仿真模塊與結(jié)果如圖4-5和4-6所示。圖3-5陣形風(fēng)仿真模塊圖3-6陣形風(fēng)輸出仿真波形3.2.3漸變風(fēng)的仿真漸變風(fēng)仿真模塊與結(jié)果如圖4-7和4-8所示。圖3-7漸變風(fēng)仿真模塊圖3-8漸變風(fēng)輸出仿真波形3.2.4隨機(jī)噪聲風(fēng)的仿真隨即噪聲風(fēng)的仿真模塊與結(jié)果如圖4-9和4-10所示。圖3-9隨機(jī)噪聲風(fēng)仿真模塊圖3-10隨機(jī)噪聲風(fēng)輸出仿真波形3.2.5綜合風(fēng)的仿真綜合風(fēng)就是前四種風(fēng)的求和，仿真模塊與結(jié)果如圖4-11與4-12所示。圖3-11綜合風(fēng)仿真模塊圖3-12綜合風(fēng)輸出仿真波形第四章異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)4.1異步發(fā)電機(jī)的基本原理4.1.1異步發(fā)電機(jī)的基本原理簡(jiǎn)介風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)，其定子與同步電機(jī)的定子基本相同，定子繞組為三相的，可接成三角形或星形接法；轉(zhuǎn)子則有鼠籠型和饒線型兩種。根據(jù)異步電機(jī)理論，異步電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)由定子三相繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)的頻率及電機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)ns=60f/p（4-1）式中：ns為同步轉(zhuǎn)速；f為電網(wǎng)頻率；p為繞組極對(duì)數(shù)。按照異步發(fā)電機(jī)理論可知，當(dāng)異步電機(jī)連接到頻率恒定的電網(wǎng)上時(shí)，異步電機(jī)可以有不同的運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)（即n<ns),異步電機(jī)以電動(dòng)機(jī)的方式運(yùn)行，處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)異步電機(jī)自電網(wǎng)吸取電能，而由其轉(zhuǎn)軸輸出機(jī)械功率；當(dāng)異步電機(jī)由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速時(shí)（n>ns),則異步電機(jī)將處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)異步電機(jī)吸收由原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能而向電網(wǎng)輸出電能。4.1.2發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，把發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)將機(jī)組起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速并切人電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)目前在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中不再進(jìn)入自動(dòng)控制程序。因?yàn)闅鈩?dòng)性能良好的槳葉在風(fēng)速v>4m／s的條件下即可使機(jī)組順利地自起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)一般只在調(diào)試期間無(wú)風(fēng)時(shí)或某些特殊的情況下，比如氣溫特別低，又未安裝齒輪油加熱器時(shí)使用。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)可使用安裝在機(jī)艙內(nèi)的上位控制器按鈕或是通過(guò)主控制器鍵盤(pán)的起動(dòng)按鈕操作，總是作用于小發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)起動(dòng)瞬間，存在較大的沖擊電流(甚至超過(guò)額定電流的10倍)，將持續(xù)一段時(shí)間(由靜止至同步轉(zhuǎn)速之前)，因而發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)需采用軟起動(dòng)技術(shù)，根據(jù)電流反饋值，控制起動(dòng)電流，以減小對(duì)電網(wǎng)沖擊和機(jī)組的機(jī)械振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超出60s，起動(dòng)電流小于小發(fā)電機(jī)額定電流的3倍。4.2異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方法因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)為低速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力機(jī)械，在風(fēng)力機(jī)與異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間經(jīng)增速齒輪傳動(dòng)來(lái)提高以達(dá)到適合異步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,一般與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)多選用4極或6極電機(jī),因此異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速必須超過(guò)1500r/min或1000r/min,才能運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài),向電網(wǎng)送電。顯見(jiàn),電機(jī)極對(duì)數(shù)的選擇與增速齒輪箱關(guān)系密切,若電機(jī)極對(duì)數(shù)選小,則增速齒輪傳動(dòng)的速比增大,齒輪箱增大,但電機(jī)的尺寸則小些；反之,若電機(jī)極對(duì)數(shù)選大些,則傳動(dòng)速比減小,但電機(jī)的尺寸大些。根據(jù)電機(jī)理論,異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí),是靠滑差率來(lái)調(diào)整負(fù)荷的,其輸出的功率與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速近乎成線性關(guān)系,因此對(duì)機(jī)組的調(diào)整要求,不像同步發(fā)電機(jī)那么嚴(yán)格精確,不需要同步設(shè)備和整步操作,只要轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)就可并網(wǎng),國(guó)內(nèi)及國(guó)外與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,多采用異步發(fā)電機(jī),但異步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)瞬間會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流(約為異步發(fā)電機(jī)額定電流的4～7倍),并使電網(wǎng)電壓瞬時(shí)下降.隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大,這種沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)自身部件的安全及對(duì)電網(wǎng)的影響也愈加嚴(yán)重[5]。過(guò)大的沖擊電流，有可能使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接的主回路中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；而電網(wǎng)電壓的較大幅度下降,則可能會(huì)使低電壓保護(hù)動(dòng)作,從而導(dǎo)致異步發(fā)電機(jī)根本不能并網(wǎng)。當(dāng)前在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用的異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方法有以下幾種。4.2.1直接并網(wǎng)這種并網(wǎng)方法要求在并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同,當(dāng)風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)即可并入電網(wǎng)；自動(dòng)并網(wǎng)的信號(hào)由測(cè)速裝置給出,而后通過(guò)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)合閘完成并網(wǎng)過(guò)程。顯見(jiàn)這種并網(wǎng)方式比同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并網(wǎng)簡(jiǎn)單。但如上所述，直接并網(wǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流及電網(wǎng)電壓的下降，因此這種并網(wǎng)方法只適用于異步發(fā)電機(jī)容量在百千瓦級(jí)以下，而電網(wǎng)容量較大的情況下。中國(guó)最早引進(jìn)的550kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及自行研制的50kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是采用這種方法并網(wǎng)的。4.2.2降壓并網(wǎng)這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者接入自耦變壓器，以達(dá)到降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降的幅度。因?yàn)殡娮?、電抗器等元件要消耗功率，在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，必須將其切除，這種并網(wǎng)方法適用于百千瓦級(jí)以上、容量較大的機(jī)組，顯見(jiàn)這種并娃每個(gè)方法的經(jīng)濟(jì)性比較差，中國(guó)引進(jìn)上午200kW異步發(fā)電機(jī)組，就是采用這種并網(wǎng)方式，并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)每相繞組與電網(wǎng)之間皆串接有大功率電阻。4.2.3通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)這種并網(wǎng)方法是在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間通過(guò)每相串入一只雙相晶閘管連接起來(lái)，三相均有晶閘管控制，雙相晶閘管的兩端與并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸頭并聯(lián)。接入雙相晶閘管的目的是將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的沖擊電流控制在允許的限度內(nèi)。這種并網(wǎng)方法的特點(diǎn)是通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的沖擊電流限制在規(guī)定的范圍內(nèi)（一般為1.5～2倍額定電流以下，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程。4.3軟并網(wǎng)系統(tǒng)4.3.1軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的必要性由于異步發(fā)電機(jī)對(duì)并網(wǎng)要求低，控制和保護(hù)比較簡(jiǎn)單，并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，因此采用異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組是國(guó)內(nèi)外商品化的風(fēng)電機(jī)組所采取的主要技術(shù)方案。但是異步發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)瞬間，所產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)達(dá)到其額定電流的6～8倍，甚至10倍以上。該沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)、葉輪以及發(fā)電機(jī)本身造成嚴(yán)重的沖擊，甚至?xí)绊懫渌?lián)網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行。另外，并網(wǎng)沖擊電流也會(huì)對(duì)電機(jī)接觸器、主空氣開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)設(shè)備造成較強(qiáng)的沖擊。因此軟并網(wǎng)技術(shù)是失速型風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。軟并網(wǎng)裝置用于限制異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以及大小電機(jī)切換時(shí)的瞬態(tài)沖擊電流，以免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的沖擊。軟并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用大功率晶閘管進(jìn)行限流，在機(jī)組電動(dòng)啟動(dòng)或并網(wǎng)過(guò)程中控制系統(tǒng)根據(jù)收到命令情況和相應(yīng)傳感器的信號(hào)對(duì)并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行控制，并網(wǎng)結(jié)束后旁路晶閘管支路[2]。4.3.2軟并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)系統(tǒng)由主電路(強(qiáng)電回路)及其晶閘管移相觸發(fā)控制電路(弱電回路)組成。晶閘管移相觸發(fā)控制裝置的硬件部分主要由電網(wǎng)電壓同步信號(hào)生成、移相觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生與輸出、觸發(fā)脈沖的功率放大與整形、異步電機(jī)定子電流的監(jiān)測(cè)以及與主控制器之間的串行通訊等部分組成[8]。主電路由三對(duì)反并聯(lián)或雙向晶閘管及其保護(hù)電路組成，如圖5·1所示。六只晶閘管串接在發(fā)電機(jī)出線與電網(wǎng)之間。由于晶閘管屬貴重元器件，承受電壓與電流沖擊的能力較差。為了吸收開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作過(guò)程中晶閘管兩端可能產(chǎn)生的瞬間尖峰電壓以及電網(wǎng)電壓大幅度快速波動(dòng)帶來(lái)的不良影響，在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收保護(hù)回路。阻容吸收回路主要是利用電容端電壓不能突變的特性來(lái)吸收晶閘管兩端的尖峰電壓，以保護(hù)晶閘管。但阻容電路吸收過(guò)電壓的能力是有限的[11]。當(dāng)雷擊引起電網(wǎng)產(chǎn)生更高的過(guò)電壓，或者過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，晶閘管的端電壓仍可能會(huì)超過(guò)允許值。因此，晶閘管兩應(yīng)并接壓敏電阻。壓敏電阻是一種金屬氧化物的非線性電阻，其正常工作時(shí)漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過(guò)電壓能力高，而且對(duì)峰值電壓反應(yīng)快。軟并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束后，為減少主電路各器件的功率損耗，旁路接觸器K2閉合，將晶閘管支路短接。另外，K1為主空氣開(kāi)關(guān)，串接于電網(wǎng)與晶閘管之間。4.3.3軟并網(wǎng)系統(tǒng)的基本工作原理晶閘管在正向電壓與觸發(fā)脈沖的作用下可在很短的時(shí)間內(nèi)快速導(dǎo)通，并在其電流變?yōu)榱阒笆冀K保持導(dǎo)通狀態(tài)。通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，就可連續(xù)調(diào)節(jié)加在負(fù)載上的電壓波形，進(jìn)而改變負(fù)載電壓的有效值。由于晶閘管的等效阻抗值隨晶閘管導(dǎo)通角大小變化。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通角為零時(shí)，即晶閘管完全關(guān)閉，此時(shí)晶閘管的等效電阻為無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路；當(dāng)晶閘管完全導(dǎo)通時(shí)，也就是完全打開(kāi)時(shí)，此時(shí)晶閘管的等效電阻非常小，相當(dāng)于導(dǎo)線直接連接[3]。由于雙向晶閘管串接于電機(jī)出線與電網(wǎng)之間，所以通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，就可調(diào)節(jié)電機(jī)定子電壓按階梯波的形式從某一較小的初值逐漸增加到全壓狀態(tài)，從而降低定子電壓隨時(shí)間增長(zhǎng)的速率。由于三相異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，這樣降低了電磁轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的增長(zhǎng)率[9]。隨著風(fēng)速增大，葉輪輸出給電機(jī)主軸更多的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角同步緩慢增大，從而使并網(wǎng)沖擊電流限制在較低的范圍內(nèi)。圖4-1軟并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖4.3.4軟并網(wǎng)的步驟軟并網(wǎng)仿真的步驟是[6]：當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近97%～99%同步轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)接觸器逼合，同時(shí)與電網(wǎng)直接相連的雙相晶閘管在觸發(fā)脈沖控制下，逐步導(dǎo)通。晶閘管初始導(dǎo)通時(shí)，即次同步轉(zhuǎn)速階段，電機(jī)運(yùn)行與電動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)在電網(wǎng)與葉輪共同驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)速迅速上升，其花差率很快趨于零。當(dāng)花差率接近于零時(shí)，晶閘管完全導(dǎo)通，這樣將并網(wǎng)沖擊電流限制在較小的范圍內(nèi)，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)過(guò)程。晶閘管完全導(dǎo)通后，旁路接觸開(kāi)關(guān)將其短路，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行階段。4.3.5晶閘管用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)裝置的優(yōu)點(diǎn)（1）晶閘管導(dǎo)通壓降小，解決了器件的率損耗和發(fā)熱問(wèn)題；（2）晶閘管用于軟并網(wǎng)裝置可以消除電流浪涌沖擊與峰值轉(zhuǎn)矩沖擊；（3）晶閘管相當(dāng)于無(wú)觸點(diǎn)軟開(kāi)關(guān)，不存在接觸不良與磨損、粘著、彈跳等問(wèn)題；（4）晶閘管導(dǎo)通角連續(xù)可調(diào)，無(wú)需輔助換流裝置，軟并網(wǎng)過(guò)程平穩(wěn)，限流可靠4.3.6晶閘管軟并網(wǎng)存在的問(wèn)題晶閘管軟并網(wǎng)技術(shù)雖然是目前一種先進(jìn)的并網(wǎng)方法，但它也對(duì)晶閘管器件及與之相關(guān)的晶閘管觸發(fā)電路提出了嚴(yán)格的要求，即晶閘管器件的特性要一致、穩(wěn)定以及出發(fā)電路可靠，只有發(fā)電機(jī)主回路中的每相的雙相晶閘管特性一致，控制極觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流一致，全開(kāi)通后壓降相同，才能保證可控硅導(dǎo)通角在0°～180°范圍內(nèi)同步逐漸增大，才能保證發(fā)電機(jī)三相電流平衡，否則會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)不利。第五章軟并網(wǎng)系統(tǒng)模型的建立5.1軟啟動(dòng)器模型的建立為了把異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間的沖擊電流限制在允許的限度內(nèi)，本仿真系統(tǒng)采用了具有軟啟動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)。其中的軟啟動(dòng)器由兩只反并聯(lián)的普通晶閘管和旁路并網(wǎng)開(kāi)關(guān)組成，并基于PSCAD/EMTDC軟件建立軟并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型。5.1.1雙相晶閘管模型的建立利用PSCAD/EMTDC軟件模塊庫(kù)建立晶閘管仿真模型，雙相晶閘管可由兩只反并聯(lián)的普通晶閘管組成，如圖5-1所示。為了降低并網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的高次諧波和低次諧波給軟并網(wǎng)裝置帶來(lái)的危害，在每組雙相晶閘管中需另外增設(shè)吸收裝置，入圖5-2所示。圖5-1雙相晶閘管仿真模型圖5-2帶有吸收裝置的雙相晶閘管仿真模型5.1.2軟啟動(dòng)仿真模型的建立圖5-1與圖5-2中的仿真模型是串在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)的一相之間的，由于仿真的是三相異步發(fā)電機(jī)，故在每相之間都需串入如圖5-2所示的雙相晶閘管，仿真模型如圖5-3所示。這種軟并網(wǎng)連接方式中，雙相晶閘管既在并網(wǎng)過(guò)程中起到控制沖擊電流的作用，同時(shí)又作為又作為無(wú)觸頭自動(dòng)開(kāi)關(guān)，在并網(wǎng)后繼續(xù)存在于主回路中，這種比軟并網(wǎng)連接方式可以省去一個(gè)并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，因而控制回路也較為簡(jiǎn)單些，并且避免了有觸頭自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸頭粘著、彈跳及磨損等現(xiàn)象，可以保證較高的開(kāi)關(guān)頻率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但這種并網(wǎng)方式需要選用電流允許值大的高反壓雙相晶閘管，這是因?yàn)樵谶@種連續(xù)方式下，雙相晶閘管中通過(guò)的電流需滿足能通過(guò)異步發(fā)電機(jī)的額定電流值，為了避免這種情況，選擇在雙相晶閘管上并聯(lián)旁路并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。在并網(wǎng)過(guò)程中當(dāng)異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)旁路自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)閉合，將雙相晶閘管短接，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束。設(shè)有旁路并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)的仿真模型圖如圖5-4所示。圖5-3異步發(fā)電機(jī)軟啟動(dòng)裝置仿真模型圖圖5-4具有旁路并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)的仿真模型圖當(dāng)并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束后，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不再經(jīng)雙相晶閘管，而是通過(guò)已閉合的自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸頭流入電網(wǎng)。但這種并網(wǎng)方式的不利之處，是自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的軟并網(wǎng)連接方式中的高反壓雙相晶閘管只要能通過(guò)較發(fā)電機(jī)空載電流略高的電流就可以滿足要求。5.2晶閘管控制電路仿真模型的建立雙相晶閘管的控制電路是異步發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)系統(tǒng)的重要部分，軟并網(wǎng)能否成功直接取決于晶閘管的控制水平。5.2.1晶閘管單相控制電路仿真模型的建立如圖5-5是晶閘管控制電路仿真模型圖。圖5-5晶閘管控制電路仿真模型圖圖中由電網(wǎng)取得同步電壓型號(hào)，經(jīng)鋸齒波發(fā)生器將電網(wǎng)的正弦波轉(zhuǎn)化為鋸齒撥波，再通過(guò)脈沖發(fā)生器形成晶閘管門(mén)極出發(fā)脈沖，從而控制晶閘管的導(dǎo)通。上圖是單相晶閘管控制電路仿真模型，在異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行軟并網(wǎng)仿真時(shí)，三相均需晶閘管控制。5.2.2晶閘管三相控制電路仿真模型的建立如圖5-6是晶閘管三相控制電路仿真模型圖。圖中從電網(wǎng)中取得同步電壓信號(hào)，經(jīng)鋸齒波發(fā)生器將取自電網(wǎng)的正弦波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為鋸齒波電壓信號(hào)，再通過(guò)脈沖發(fā)生器形成晶閘管門(mén)極出發(fā)脈沖信號(hào)，從而控制晶閘管的導(dǎo)通。在并網(wǎng)過(guò)程中，雙相晶閘管從晶閘管控制電路中獲得信號(hào)，晶閘管的控制角由180°～0°逐漸同步打開(kāi)；與此同時(shí)，雙相晶閘管的導(dǎo)通角則同時(shí)由0°～180°逐漸增大，此時(shí)并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)未動(dòng)作，動(dòng)合觸頭未閉合，異步發(fā)電機(jī)即通過(guò)晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)；隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率逐漸趨于零，當(dāng)轉(zhuǎn)差率為零時(shí)，并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，動(dòng)合觸頭閉合，雙相晶閘管被短接，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束。圖5-6晶閘管三相控制電路仿真模型圖第六章異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)仿真風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式主要有兩種類。一類是獨(dú)立運(yùn)行供電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為蓄電池充電，再通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成為交流電向終端電器供電。另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，聯(lián)網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電是大規(guī)模利用風(fēng)能的最經(jīng)濟(jì)方式[11]。風(fēng)力發(fā)電不同于火力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電所用能源是自然界的風(fēng)能。而風(fēng)速的大小、方向并不恒定，并且沒(méi)有一定的規(guī)律可循。發(fā)電機(jī)也經(jīng)常起、停機(jī)，也經(jīng)常并網(wǎng)、解列，所以要求應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)具有快速并網(wǎng)且對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊都最小。6.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)仿真為了與軟并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行比較，首先進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)的仿真分析。6.1.1直接并網(wǎng)仿真模型的建立直接并網(wǎng)仿真系統(tǒng)由風(fēng)模型、風(fēng)力機(jī)模型、風(fēng)力機(jī)控制器模型、異步發(fā)電機(jī)模型、變壓器模型等組成。如圖6-1是風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)仿真模型圖。這種并網(wǎng)方法要求在并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同,當(dāng)風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)即可并入電網(wǎng)；自動(dòng)并網(wǎng)的信號(hào)由測(cè)速裝置給出,而后通過(guò)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)合閘完成并網(wǎng)過(guò)程。6.1.2風(fēng)速為7m/s時(shí)，發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)仿真風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)仿真結(jié)果如圖6-2到圖6-10所示通過(guò)一系列的仿真，得出風(fēng)速仿真波形、風(fēng)力機(jī)輸出功率仿真波形、風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速等仿真波形。圖6-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)仿真模型圖圖6-2風(fēng)速輸出仿真波形圖6-3發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率仿真波形圖6-4發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩仿真波形圖6-5發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-6發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-7發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)風(fēng)輪機(jī)葉片節(jié)矩角輸出仿真波形圖6-8發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的定子電流輸出仿真波形6.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)仿真分析6.2.1直接并網(wǎng)仿真波形的分析（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后第一個(gè)公頻周期內(nèi)沖擊電流達(dá)到峰值，并持續(xù)2～3個(gè)周期。（2）異步發(fā)電機(jī)在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)并入電網(wǎng)，沖擊電流持續(xù)時(shí)間最短。6.2.2異步發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的相關(guān)理論的驗(yàn)證（1）發(fā)電機(jī)直接并入電網(wǎng)時(shí)沖擊電流峰值由電網(wǎng)電壓及發(fā)電機(jī)本身參數(shù)決定，與并網(wǎng)風(fēng)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，這是因?yàn)闆_擊電流主要由過(guò)度過(guò)程的直流分量和暫態(tài)交流分量合成產(chǎn)生，而二者的幅值與電網(wǎng)電壓成反比，與發(fā)電機(jī)過(guò)度過(guò)程的暫態(tài)電抗成反比。（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)參數(shù)一定時(shí)，交流暫態(tài)衰減時(shí)間與滑差成正比。當(dāng)滑差趨于零時(shí)，沖擊電流也由峰值隨之衰減到最小值。（3）當(dāng)發(fā)電機(jī)參數(shù)一定時(shí)，交流暫態(tài)分量衰減時(shí)間與并網(wǎng)風(fēng)速有關(guān)。并網(wǎng)風(fēng)速越高，葉輪輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速很快達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，沖擊電流隨之衰減到最低值[10]。6.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)仿真6.3.1軟并網(wǎng)仿真模型的建力基于PSCAD/EMTDC仿真軟件建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)裝置的仿真模型如圖6-9所示。該模型主要由電網(wǎng)模型、發(fā)電機(jī)模型、風(fēng)力機(jī)模型、風(fēng)模型、三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管及其RC吸收模塊、旁路自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊和相應(yīng)的控制模塊等組成。晶閘管及其吸收模塊串接于發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間；觸發(fā)脈沖的形成與分配模塊從電網(wǎng)取得同步信號(hào)后產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)信號(hào)并按順序發(fā)給相應(yīng)的晶閘管；當(dāng)晶閘管完全導(dǎo)通后，旁路自動(dòng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊短接晶閘管支路，并網(wǎng)過(guò)程結(jié)束。圖6-9風(fēng)力發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)仿真模型圖晶閘管觸發(fā)脈沖的形成與分配模塊是軟并網(wǎng)仿真模塊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這里同步信號(hào)取自電網(wǎng)電壓的正相過(guò)零點(diǎn)，晶閘管觸發(fā)脈沖的形成與分配仿真波形如圖6-16和圖6-17中所示。6.3.2風(fēng)速為7m/s，軟并網(wǎng)仿真通過(guò)一系列的仿真，得出風(fēng)速仿真波形、風(fēng)力機(jī)輸出功率仿真波形、風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形、得出晶閘管移相規(guī)律、轉(zhuǎn)速曲線以及電流的仿真波形如圖6-18所示：圖6-10風(fēng)速輸出仿真波形圖6-11發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率仿真波形圖6-12發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形圖6-13發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-14發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-15發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)輪機(jī)葉片節(jié)矩角輸出仿真波形圖6-16取自電網(wǎng)同步電壓形成的鋸齒波波形圖圖6-17晶閘管門(mén)極觸發(fā)信號(hào)波形第二組晶閘管和第三組晶閘管的門(mén)極觸發(fā)型號(hào)與圖5-18的觸發(fā)型號(hào)波形類似，這里不再一一列出。圖6-18風(fēng)速為7m6.3.3風(fēng)速為10m/s時(shí)，軟并網(wǎng)仿真通過(guò)一系列的仿真，得出風(fēng)速仿真波形、風(fēng)力機(jī)輸出功率仿真波形、風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形、發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速等仿真波形。晶閘管移相規(guī)律、轉(zhuǎn)速曲線以及電流的仿真波形如圖6-19到6-27所示：圖6-19風(fēng)速輸出仿真波形圖6-20發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率仿真波形圖6-21發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形圖6-22發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-23發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-24發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)A相電壓輸出仿真波形圖6-25發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)取自A相的同步電壓圖6-26發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)輪機(jī)葉片節(jié)矩角輸出仿真波形圖6-27風(fēng)速為10m/s時(shí)發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)過(guò)程的仿真波形風(fēng)速為12m/s，軟并網(wǎng)仿真在晶閘管觸發(fā)電路的移相規(guī)律與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不配合時(shí)，得出電流波形和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真波形入圖6-28所示。圖6-28風(fēng)速為12m/s是軟并網(wǎng)過(guò)程的仿真波形風(fēng)速為20m/s時(shí),軟并網(wǎng)仿真當(dāng)風(fēng)速增到較大值時(shí)，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行軟并網(wǎng)仿真得出的風(fēng)速波形、風(fēng)力機(jī)輸出功率波形與輸出轉(zhuǎn)矩波形、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波形、定子電流波形等輸出仿真波形如圖6-29到圖6-36所示。圖6-29風(fēng)速輸出仿真波形圖6-30發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出功率仿真波形圖6-31發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩仿真波形圖6-32發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-33發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩輸出仿真波形圖6-34發(fā)電機(jī)A相電壓輸出仿真波形圖6-35風(fēng)速為20m/s時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速圖6-36發(fā)電機(jī)有功功率輸出仿真波形6.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)仿真分析6.4.1仿真波形的分析通過(guò)上述軟并網(wǎng)仿真結(jié)果可以看出，在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間裝設(shè)軟并網(wǎng)裝置可將并網(wǎng)瞬間的沖擊電流限制在較低的范圍內(nèi)。在直接并網(wǎng)仿真中，電網(wǎng)的沖擊電流最高達(dá)到6.8KA，是額定電流的7倍，這么高的沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的正常運(yùn)行將造成嚴(yán)重的危害。而通過(guò)軟并網(wǎng)裝置后的，在并網(wǎng)瞬間電網(wǎng)的沖擊電流是1.8KA之間，是額定電流的1.7倍。通過(guò)軟并網(wǎng)仿真可以看出，風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率在并網(wǎng)瞬間的波動(dòng)要比直接并網(wǎng)的波動(dòng)要小，有利于風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的正常運(yùn)行。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整晶閘管移相規(guī)律和機(jī)組并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，可使軟并網(wǎng)電流變化平穩(wěn)些。仿真結(jié)果表明當(dāng)風(fēng)速為7m/s時(shí)，并網(wǎng)轉(zhuǎn)速為1504rad/min，即花差率為-0.003左右；當(dāng)風(fēng)速為10m/s時(shí)，并網(wǎng)轉(zhuǎn)速為1515rad/min，即花差率為-0.01左右。作為對(duì)比，圖6-28是晶閘管移相規(guī)律與軟并網(wǎng)轉(zhuǎn)速不適當(dāng)時(shí)的發(fā)電機(jī)定子電流衰減波形與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。從圖可以看出在風(fēng)速較大時(shí)晶閘管并網(wǎng)控制與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不太協(xié)調(diào)時(shí)會(huì)造成并網(wǎng)電流上升到2.6KA，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到1590rad/min，這是不允許的。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)訴接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，為減少軟并網(wǎng)的持續(xù)時(shí)間，使晶閘管完全導(dǎo)通的時(shí)刻與發(fā)電機(jī)到達(dá)同步轉(zhuǎn)速的時(shí)刻盡可能接近，可大大加快晶閘管的導(dǎo)通速度，而不會(huì)引起電網(wǎng)電流大幅上升。結(jié)論通過(guò)對(duì)上述仿真結(jié)果的分析可得出以下結(jié)論：（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等于或超過(guò)同步轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)組才發(fā)電。（2）異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的影響也比較嚴(yán)。（3）異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)可把沖擊電流限制在比較小的范圍內(nèi)，保護(hù)了發(fā)電機(jī)自身設(shè)備的安全和電網(wǎng)的正常運(yùn)行。（4）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)和軟并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速有關(guān)。（5）機(jī)組容量越大，在不斷變化的風(fēng)速下其穩(wěn)定性越好。（6）在發(fā)電機(jī)旁路開(kāi)關(guān)閉合至同步轉(zhuǎn)速之前，晶閘管導(dǎo)通角的增大會(huì)引起并網(wǎng)電流幅值的上升躍變。此時(shí)，如果晶閘管導(dǎo)通速度過(guò)快會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，所以在此期間晶閘管的導(dǎo)通角應(yīng)緩慢增大，即晶閘管導(dǎo)通角增大的步長(zhǎng)小一些，而且每個(gè)步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，只有這樣才可把比并網(wǎng)沖擊電流限制在較低值內(nèi)。（7）為減少軟并網(wǎng)持續(xù)的時(shí)間與沖擊電流的峰值，機(jī)組的并網(wǎng)轉(zhuǎn)速應(yīng)隨風(fēng)速調(diào)節(jié)。軟并網(wǎng)控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中故障率較高的一個(gè)子系統(tǒng)，而且軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的故障較難發(fā)現(xiàn)和處理。本設(shè)計(jì)著重?cái)⑹龇治隽孙L(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的必要性、原理、結(jié)構(gòu)以及具體的控制過(guò)程，這有助于理解軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的工作原理及其故障的順利排除。由于現(xiàn)有知識(shí)有限，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，有些結(jié)果還是和已有結(jié)果有一定的距離，晶閘管的觸發(fā)電路還是有一些問(wèn)題需要解決，另外，在風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的一些參數(shù)配合上也存在一些問(wèn)題。相信在今后的工作中通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐一定會(huì)在這方面有新的更大的突破。參考文獻(xiàn)[1]盛雙文．大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中央控制系統(tǒng)的研制．中國(guó)科學(xué)院碩士學(xué)位論文，2000．6C27[2]趙斌，許洪華．大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)．新能源．2000(12)：45～47[3]邵丙衡．電力電子技術(shù)．北京：中國(guó)鐵道出版社．1997．8，ll2～l23[4]孫浩．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)沖擊電流產(chǎn)生的原因及其控制方法的初步探討．風(fēng)力發(fā)電.2001(3)：6～8[5]馬金路.BONUS150KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)軟啟動(dòng)的特點(diǎn)及原理.風(fēng)力發(fā)電.1994（4）：5～7[6]吳烽.風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)綜述.風(fēng)力發(fā)電，1992（1）：5～8[7]PSASP使用手冊(cè)[K]．北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院[8]SvenssonT,BriozzoC.Gridconnectingusingthyristors[A].FourthInternationalSyposiumonWindEnergySystems[C].Sweden,1982(9):31～35[9]GzotnmNalhandGunnarJ．Berg．TransientAnalysisofThree-phaseSCRconnliedinductionmotors.IEEETransactionsonIndustryApplications,VOL．IA-218,NO．2,March／Apcil,1981．133～142[10]GapeP.WindEnergyComesofAgeNewYork:JohnWiley&Sons,Inc,1995.20～21[11]BruneCS,SppeR,WallaeeA.K.ExpersmentalEvaluationofAVariable-speed,Double-fedWindPowerGenerationSyste