全功率变流器的作用是：①保证风力发电系统输出频率和电压与电网频率电压相同；②使风力发电系统工作在最佳功率状态。同步发电机有电励磁同步发电机和永磁同步发电机两种。图8.7所示是永磁同步发电机风力发电系统的控制原理。三相逆变器用于将直流电变换为与电网同频率的交流电，以便并网。采用不控整流的全功率变流器的控制包括VT1的控制和三相逆变器的频率和脉宽控制。......
2023-06-19
如何调节风力发电机的功率？
【摘要】：各风速下的风力机输出功率最大值的连线称为最佳功率曲线Popt，运行在最佳功率曲线上，风力机将捕获最大风能。由式（8.2），在风能利用系数Cp为最大Cpmax时，风力机最佳输出功率式中，。图8.6 风力机功率与转速的关系曲线因为风力机输出的最佳功率与风速的三次方成正比，所以风速较低和较高时的输出功率相差较大。这就是有功功率调节。
1.最佳功率曲线
风力发电是依靠风力机带动发电机发电，发电机输出功率由风力机提供，风力机提供的功率受风力影响，如果要求发电机输出稳定的功率，则要求风力机在风速变化时能在一定程 度上维持其输出功率有一定的稳定度。
风力机输入功率
式中，ρ为空气相对密度；Sw为叶片迎风面积；v为风速。
风力机输出机械功率
式中，Dw为风轮直径；Cp为风能利用系数，它与风速、叶片转速、风轮直径、桨距角都有关系。
定桨距风力机的风能利用系数Cp是固定值，Cp的理论最大值为0.593，一般风力机Cp在0.4左右。风力机的转速ωw不仅受风速影响，还与风力机连接的负载（发电机）有关，在发电机输出功率和风力机输出功率平衡时，风力机转速稳定。
不同风速v时，定桨距风力机的输出功率Po与风力机转速ωw的关系曲线如图8.6所示，不同风速时风力机输出功率最大值对应的转速不同。各风速下的风力机输出功率最大值的连线称为最佳功率曲线Popt，运行在最佳功率曲线上，风力机将捕获最大风能。在风力机与发电机连接时，发电机输出功率要根据风力机提供的功率控制，最佳功率曲线是风力发电系统控制的重要依据，每台风力机都附有相应的最佳功率曲线。
由式（8.2），在风能利用系数Cp为最大Cpmax时，风力机最佳输出功率
式中，
。
发电机输入机械功率
Pmech=ηP0=ηPopt （8.4）
式中，η为风力机传动系统效率。
发电机定子输出功率
P1=3U1I1cosφ1 （8.5）
式中，U1、I1分别为定子三相绕组上的相电压和相电流有效值；φ1为功率因数角。
图8.6 风力机功率与转速的关系曲线
因为风力机输出的最佳功率与风速的三次方成正比，所以风速较低和较高时的输出功率相差较大。对于定桨距发电系统，为了在风速较低时也能获得较好的发电效率，常采用两台不同功率、不同极对数的异步发电机。其中，大功率、高转速发电机工作在高风速区，小功率、低转速发电机工作在低风速区，当风速超过额定风速时，由叶片的失速效应或通过偏航（调节风轮与风向的夹角方向）来控制输出功率相对稳定。对于变桨距发电系统，在风速变化时可以通过调节桨距角来调节风力机输出功率。虽然定桨距系统和变桨距系统的最佳功率曲线都与风力机转速有关，转速可以通过风力机桨距角和发电机输出功率调节，但由于风力机的桨距调节机构比较复杂，维护较困难，巨大风叶使桨距调节的时间常数大，响应速度慢，往往赶不上风速的变化，而对于发电机，控制对象为发电机电磁转矩，时间常数小，动态响应快，因此实际运行中最大风能追踪的过程主要是依据风力机的输出特性，通过对发电机的控制来实现的。
2.有功功率调节
当风力发电系统采用交流同步发电机时，同步发电机并联在无穷大电网上，在风力机输出功率增加时要增大发电机的输出功率。增加发电机输出功率即要增加发电机励磁，励磁增加将使电机定子感应电动势增加、定子电流增加、发电机输出功率增加，从而使发电机输出功率与输入功率平衡。若励磁不作调节，则发电机输入机械功率大于输出功率，发电机转速上升，使发电机功率角增大，当功率角超过90°，发电机将有失步的危险。例如，运行在额定功率附近的风力发电机突然遇一阵狂风，可能导致发电机功率超过极限功率而使发电机失步，这时要增大励磁电流，以增大极限功率来提高静态稳定度。这就是有功功率调节。
并网的风力发电机当功率角为负值时，发电机将工作在电动状态，这时风力发电机就像一台巨大的风扇，无谓地从电网吸取功率。为避免发电机电动运行，当风速降到临界值以下时应及时将发电机与电网脱开。
3.无功功率调节和无功补偿
当发动机工作在功率因数为1时，同步发电机励磁电流为额定值；当发电机励磁电流大于额定值时，发电机的功率因数是滞后的（发电机和电动机电流的正方向规定相反，因此功率因数的超前和滞后的意义相反）；当发电机励磁电流小于额定值时，发电机的功率因数是超前的，这时发电机需要从电网吸收滞后的功率因数，将使电网功率因数降低，因此一般情况下，应使同步发电机工作在过励状态，以补偿电网的无功功率。
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