双馈发电系统的变速运行优化建议

与定速机型相比，变速机型优越性在于：低风速时它能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能利用系数，高风速时利用风轮转速变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。变速控制系统如图8-22所示。

图8-22 双馈发电机组的系统变速控制系统

变速风力发电机的运行可分为几个阶段：

1）起动阶段，发电机转速从静止上升到切入转速，在切入风速下，发电机并没有工作，不涉及变速控制，只是风轮在作机械转动。

2）最佳叶尖速比运行区，机组切入电网后运行在额定风速以下的区域，开始发电，根据风速的变化，变速风力发电机可在限定的任何转速下运行，最大限度地获取能量。

3）恒转速运行区，叶轮转速保持恒定。

4）恒功率运行区，机械和电气极限要求转子速度和输出功率维持在限定值以下，功率输出恒定。

如图8-23所示，风力机运行有三个工作区：

1）工作区1：v_c≤v≤v_b，变速／最佳叶尖速比工作区；

2）工作区2：v_b≤v≤v_r，恒速／可变叶尖速比工作区；

3）工作区3：v_r≤v≤v_f，变速／恒功率工作区。

以上三式中，v_c是切入风速，v_b是最大允许风轮转速，v_r是额定风速，v_f是大风关机风速。(www.xing528.com)

按照变速型风力机的运行特点，基本的控制策略为：低风速段，恒定C_p值运行，保持最佳叶尖速比，最大能量捕获效率，直到转速达到极限，然后按照恒定转速控制，直到功率最大，然后恒功率控制。

图8-23为某1MW变速恒频机组变速运行方式。对应的风速是：

1）无负载区：小风挂机状态，0～4m／s；

2）部分负载区：最大转差低速运行区，4～6m／s；

3）最佳叶尖速比运行区：6～10m／s；

4）额定转速运行区：10～12m／s；

5）全负载区：限制功率输出区，12～25m／s。

图8-23和图8-24在恒功率阶段有所不同，图8-23是通过变速实现恒功率控制；而图8-24是通过变桨距实现恒功率控制的。

图8-23 变速实现恒功率

图8-24 变桨距实现恒功率