频率和电压控制技术解析

电网中的电压和频率可以由向电网注入大量电能的主要的发电机控制。电网接受大型发电设备发出的电能，如核电发电机组、火力发电机组和水力发电机组，也可以接受风力发电机组及其他替代能源发电设备发出的电能。和风力机相比，大型发电设备更容易实现对电压和频率的控制，因为它们用于发电的能源是连续的，而推动风力机叶片转动的风能则是间断的。

由于来自于大型发电设备的电能的电压和频率是稳定的，因此电网能够承受由风力机对电压和频率产生的一些小的扰动和影响。有很多方法可以控制风力机的电压和频率。众所周知，发电机的转速改变时频率也变化，大型风力机可以采用叶片节距控制和偏航控制，使风轮以恒定速度旋转。大型风力机还可以采用可变速的齿轮，这些变速齿轮可以补偿风速变化，使高速轴的输出转速满足发电机要求，使发电机输出频率维持在60Hz附近。

有些采用双馈感应发电机的风力机，利用变流器调节发电机励磁电压，使得发电机在同步转速5%～10%的转速变化范围内输出60Hz恒定频率的电能。假设能够产生60Hz电压的风速称为标准风速，只要风速在标准风速的范围内，发电机就能够在不同的风速下产生接近60Hz的电压。这些发电机发出的频率也许不是严格的60Hz，但发电机并网后将会被电网强行钳制在60Hz。只要风力机的并网容量相对于电网不是太大，这种效应就会一直存在。(www.xing528.com)

在中小型风力机中，可以通过采用一台逆变器来产生符合并网条件的电压和频率。此时，为了有效处理发电机发出的电压和电流，逆变器的容量要足够大。除了逆变器外，还需要整流器，其作用是把不同电压和频率的交流电转换成直流电。此外，还需要用电容器和电抗器来滤除来自原始交流电压的纹波。稳定的直流电压最后通过逆变器中的电子器件，如绝缘栅型双极晶体管（IGBT）的开关动作，变换为正弦交流电压。输出电压的频率和大小可以通过控制逆变器中IGBT的开关来实现。通过整流器和逆变器，可将发电机输出不稳定的交流电压转换成适于并网的60Hz恒频电压，但它们必须要有足够大的容量来控制风力发电机发出的电流和电压。基于这个原因，使用这种类型变流器的风力发电机的容量可能会受到限制。

风力发电机输出电压的调整也有很多方法。首先，发电机的速度不仅能控制电压的频率，还能控制电压的大小。风力发电机转速越快，电压越高。其次，发电机输出电压还受发电机励磁电压的影响，励磁电压越大，发电机发出的电压越高。这就意味着，如果发电机发出的电压过高，电压调节器可以通过减少励磁电压来降低发电机电压；如果发电机电压过低，则通过增大励磁电压来提升发电机电压。电压调节器能检测风力发电机的输出电压，并调整励磁电压来控制输出电压的大小。若为发电机增加一个变流器，则变流器既可以控制输出电压大小，又可以控制输出频率。