854 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),小型,風(fēng)力發(fā)電機(jī),總體,整體,結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì) 22風(fēng)力發(fā)電中的自我激勵(lì)與諧波1．介紹傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)通常安裝的是感應(yīng)發(fā)電機(jī)，因?yàn)樗畠r(jià)，耐用，而且只需要很少的維護(hù)。然而，電感應(yīng)發(fā)電機(jī)需要的無功功率通常通過電容器補(bǔ)償來得到。因?yàn)檩敵龉β矢鞑幌嗤噪娙菅a(bǔ)償必須隨之調(diào)整。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電力網(wǎng)絡(luò)中，相互的電容補(bǔ)償作用是導(dǎo)致輸出電流中產(chǎn)生自我激勵(lì)和高次諧波的一個(gè)重要原因。這篇文章探討產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，并對(duì)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(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能是非?？煽康模⑶揖S修簡單，費(fèi)用低。一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(bǔ)償是電容器補(bǔ)償，因?yàn)樗庆o態(tài)的, 而且成本低。不同型號(hào)的電容器可以提供不同的電容補(bǔ)償。雖然無功的動(dòng)力補(bǔ)償可能對(duì)風(fēng)輪機(jī)總的操作有利，但是我們必須確保補(bǔ)償是恰當(dāng)?shù)?，并且不影響控制。自我激?lì)和諧波是電容器補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)重要部分也是這篇文章的主題。2．動(dòng)力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)描述如圖1所示描述的這個(gè)系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)的部件分析包括如下內(nèi)容：? 連接風(fēng)機(jī)各部分的總線和輸入線路。? 一臺(tái)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(tái)電感應(yīng)發(fā)電機(jī)圖 1. 系統(tǒng)各部件圖對(duì)于自我激勵(lì)，我們關(guān)注的是在渦輪上的電容補(bǔ)償。對(duì)于諧波分析，我們用圖表來表示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。3．自我激勵(lì)3.1感應(yīng)發(fā)電機(jī)的自我激勵(lì)。 自激是在感應(yīng)發(fā)電機(jī)和電容器補(bǔ)償之中負(fù)電荷和磁性浸透交互作用的一個(gè)結(jié)果。自我激勵(lì)過程這部分是在一臺(tái)離柵欄的電感應(yīng)發(fā)電機(jī)里進(jìn)行研究的，知道極限和自激操作的邊界將會(huì)幫助我們?nèi)ダ没蛘弑苊庾约?。在固定速度的風(fēng)輪機(jī)中應(yīng)用最普遍的是固定電容器無功的動(dòng)力補(bǔ)償方法。只有一臺(tái)電感應(yīng)發(fā)電機(jī)是不能得到它自己需要的無功動(dòng)力的，它要求來自電網(wǎng)正常操作的無功動(dòng)力，并且柵欄口接電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓和頻率。安全是自我激勵(lì)的一個(gè)潛在問題。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生電壓，它可能傷害檢查或者修理這臺(tái)發(fā)電機(jī)的人員。另一個(gè)潛在的問題是發(fā)電機(jī)的工作電壓和頻率可能變化。因此，在自我激勵(lì)期間連接在發(fā)電機(jī)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(lì)23過程中電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)，然而一些人把這種方式應(yīng)用于動(dòng)態(tài)的剎車系統(tǒng)中，幫助在柵欄損失的緊急情況時(shí)控制轉(zhuǎn)子速度。因此，適當(dāng)?shù)倪x擇電容和電阻器可以在柵欄損失和機(jī)械剎車故障期間控制風(fēng)輪機(jī)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(duì)自我激勵(lì)有增強(qiáng)或削弱作用。如上面解釋的那樣，自我激勵(lì)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(gè)電容器補(bǔ)償電感應(yīng)發(fā)電機(jī)。如上所述，自我激勵(lì)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(diǎn)的有效輸入SY=磁化部分的有效輸入'M=轉(zhuǎn)子節(jié)點(diǎn)的有效輸入'R方程式1的實(shí)部和虛步可以被擴(kuò)展為方程式2 和3。（2）圖2.自我激勵(lì)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(fù)載電阻LC =電容器補(bǔ)償25自我激勵(lì)的一個(gè)重要方面是電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的磁化特性。圖3所示為一臺(tái)典型的勵(lì)磁電感發(fā)電機(jī)和輸出電流之間的關(guān)系；這圖由實(shí)驗(yàn)得來反映了發(fā)電機(jī)的特性。圖5為電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的終端電壓受電容和負(fù)載電阻變化的影響而變化的示意圖。如圖5所示，負(fù)載電阻不影響終端電壓， 特別是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，但是電容對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓有顯著影響。一個(gè)大的電容在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)過程會(huì)產(chǎn)生很大的電容變化。如圖6 所示，對(duì)規(guī)定的電容來說，改變負(fù)載電阻的有效值能調(diào)節(jié)力矩速度。自我激勵(lì)這個(gè)概念可以被利用在渦輪機(jī)上，如上所述，當(dāng)它失去對(duì)柵欄連接時(shí)可以提供動(dòng)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(fù)載電阻使其與渦輪機(jī)輸出電源相匹配，就能在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)阻抗。3.3 動(dòng)態(tài)反應(yīng)。這部分可以在自我激勵(lì)過程中檢查瞬時(shí)的變化。對(duì)于這次模擬來說我們選擇 3.8 毫法電容和 1.0 歐的負(fù)載電阻。驅(qū)動(dòng)力矩的常量被調(diào)整為 4500 納米。但是，空氣動(dòng)力學(xué)的風(fēng)輪機(jī)特性控制系統(tǒng)不包括在這個(gè)模擬中，我們關(guān)注的是自我激勵(lì)的過程。因此，我們重視方程式電的方面。圖 7 顯示連續(xù)時(shí)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(jī)由靜止啟動(dòng)，速度逐漸增加，直到達(dá)到它自身的額定速度。最初連接?xùn)艡谠陂_始的 t = 3.1 秒 s，柵欄被斷開，電感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)入自我激勵(lì)方式。在 t = 6.375 s 時(shí)，發(fā)電機(jī)被再接通到柵欄，終止自我激勵(lì)。在自我激勵(lì)期間轉(zhuǎn)子速度逐漸增加，但是，最后發(fā)電機(jī)力矩達(dá)到 4500 牛米，并且轉(zhuǎn)子速度變?yōu)榉€(wěn)定。當(dāng)發(fā)電機(jī)沒有同步而被再接通到柵欄時(shí)，在發(fā)電機(jī)的力矩會(huì)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(huì)與柵欄之前有相同的速度。圖 8(a)顯示每個(gè)時(shí)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(lì)方式下 3.1 s0，Q>0。 (c)圖解法表示p>0，Q 0 ，q 0， q > 0時(shí) ， < 。'MESV'MESV文章來自：北京信息科技大學(xué)校園網(wǎng)-圖書館藏- 電子期刊-美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)電子期刊全文數(shù)據(jù)庫作者和文獻(xiàn)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