孤岛并网控制方案及优势

孤岛并网方式如图8-19所示，这种方式的思路为：孤岛并网控制方案一共可以分为三个阶段，其中第一个阶段为励磁阶段，如图8-20所示。从电网侧引入一路预充电回路接至交—直—交变流器的直流侧。预充电回路由开关S₁、预充电变压器和直流充电器构成，当风力机转速达到一定转速要求之后，S₁闭合，直流充电器通过预充电变压器给交—直—交变流器的直流侧供电。充电结束后，发电机侧变流器开始工作，供给双馈发电机转子励磁电流。此时，控制双馈发电机定子电压逐渐上升，一直到输出电压达到额定值，励磁阶段结束。

第二阶段为孤岛运行阶段，如图8-21所示。首先将S₁断开，然后起动网侧变流器，使之开始升压运行，将直流侧升到所需要的值。此时，能量在网侧变流器、发电机侧变流器以及双馈发电机之间流动，它们共同组成一个孤岛运行方式。

第三阶段为并网阶段。由于在孤岛运行阶段，定子侧电压的幅值、频率和相位都与电网侧相同，所以，此时闭合开关S₂，发电机与电网之间可以实现无冲击并网。并网之后，可以通过调节风力机的桨距角来增加风力机输入的能量，从而达到发电的目的。

图8-19 孤岛并网方式

图8-20 励磁阶段

(www.xing528.com)

图8-21 孤岛运行阶段

孤岛并网方式工作过程如下：首先进行预充电过程，当风力机起动后，发电机转速达到励磁范围时（可定为50％），开始励磁。图8-21中，S₁闭合，S₂断开，电网从预充电变压器经直流充电器向双PWM变流器的直流母线电容充电，用以励磁整个系统。控制器通过控制发电机侧的逆变器，使双馈发电机定子发电电压达到额定值。当定子电压达到额定值时，S₁断开，S₂断开，发电机定子输出和转子输入与双PWM逆变器分别连接，形成一个独立能量环路通道，控制器通过网侧逆变器将直流母线电压调节到额定值。当发电机转速达到并网转速时，控制系统将调节发电机电压与电网电压同步，即发电机的电压、频率和相位将调节到与电网特性相同，实现绝对同步后，进行电网连接，接通网侧开关S₂，开始发电。

上述三种并网方式的差别是并网前运行方式不同。对于空载并网方式，并网前发电机不带负载，不参与能量和转速的控制，为了防止在并网前发电机的能量失衡而引起转速失控，应由原动机来控制发电机组的转速。对于带独立负载并网方式，并网前接有负载，发电机参与原动机的能量控制，表现在一方面改变发电机的负载调节发电机的能量输出；另一方面在负载一定的情况下，发电机转速的改变可以改变能量在发电机内部的分配关系。前一种作用实现了发电机能量的粗调，后一种实现了发电机能量的细调。可以看出，空载并网方式需要原动机具有足够的调速能力，对原动机的要求较高；带独立负载并网方式需要发电机具有一定的能量调节作用，可与原动机配合，实现转速的控制，降低了对原动机调速能力的要求。但控制复杂，需要进行电压补偿和检测更多的电压、电流量。

孤岛并网方式是大功率风力发电机组并入电网的一种有效方式，可以避免瞬间冲击电流超过额定电流的危险，起到保护变流器、发电机的作用。通过孤岛运行方式，可先使网侧变流器升压运行，直流测电压升至所需值，可以做到“0”冲击并网，是一种有效的并网方式。

实现最大风能捕捉和跟踪的关键是根据风速调节发电机转速，这是通过调节发电机输出有功功率，控制发电机电磁转矩来实现的。变速恒频发电运行发电机输出有功功率、无功功率的独立调节是通过矢量变换控制策略来实现的。这将在后文进行介绍。

对双馈式风力发电机组的脱网过程的要求也是过渡电流越小越好，以避免传动轴系的冲击。在得到脱网命令后，首先变桨执行机构逐步增大桨距角，减少风轮的机械功率，而后，使机组沿工作特性逐渐下行，在达到转速时已接近空载，而后变流器脱网、断路器分闸、叶片顺桨。