独立运行方式采用负载自动调节法

由于输入风力机的风能与风速的三次方成比例，其输出功率也将随风速的变化而大幅度变化。因此独立运行的关键问题是如何使风力发电机的输出功率与负载吸收的功率相匹配。为了更多地获取风能，同时也为了使风力发电机组能在安全的转速下运行，需要在不同风速下接入数量不同的负载，这就是本方案基本的控制思想。图9-33所示为这种方案的系统框图，系统中风力机驱动同步发电机，其输出电压可通过调节发电机的励磁进行控制，使风力发电机在达到某一最低运行转速后维持输出电压基本不变。风力机的转速可以通过同步发电机的输出频率来反映，因此可以用频率的高低来决定可调负载的投入和切除。

图9-33　采用负载自动调节法的独立运行系统(www.xing528.com)

转速控制可以采取最佳叶尖速比控制和恒速控制两种方案。在采用最佳叶尖速比控制方案时，通过调节负载使风力机的转速随风速成线性关系变化，并使风轮的叶尖速度与风速之比保持一个基本恒定的最佳值。在此情况下，风力机的输出功率与转速的三次方成比例，风能得到最大程度的利用。为了保证主要负载的用电及供电频率的恒定，在发电机的输出端增加了整流、逆变装置，并配备少量蓄电池。该蓄电池的存在不仅可以在低风速或无风时提供一定量的用电需求，而且还在一定程度上起缓冲器的作用，以调节和平衡负载的有级切换造成的不尽合理负载匹配。从发电机端直接输出的电能，其频率随转速变化，可用于电热器一类的负载，如电供暖、电加热水等，同时这类负载和泄能负载一起均可作为负载调节之用。在采用恒速控制方案时，可以不需要整流、逆变环节，通过负载控制和风力机的桨距调节维持转速及发电机频率的基本恒定。采用这种方案整个系统投资较少，但风能的利用率及对主要负载的供电质量和供电稳定性不如前者。显然，采用负载调节的运行方式时，负载档次分得越细，风轮运行越平稳，频率稳定度也越高。但由于受经济条件和使用情况这两个因素的制约，不可能完全做到这一点。折中的办法是根据当地的风力资源和负载对供电的需求情况，确定负载档数、每档功率大小及优先投入或切除的顺序。

此外，还有多台风力发电机组并联运行的独立供电系统。

较大的用户供电，应尽可能采用快速变速和控制功率的变桨距风电机组。这种联合系统除可增加风能利用率外，另一个最大的优点是能在几秒钟内更好地平衡因风力波动而引起的输出功率变化。