发电机并网同步控制系统优化方案

同步发电机在运行中，由于既能输出有功功率，又能提供无功功率，周波稳定，电能质量高，已被电力系统广泛采用。然而，把它移植到风力发电机组上效果却不甚理想，这是由于风速时大时小，随机变化，作用在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能很难达到同步发电机所要求的精度。并网后若不进行有效的控制，常会发生无功振荡与失步等问题，在重载下尤为严重。这就是在相当长的时间内，国内外风力发电机组很少采用同步发电机的原因。但近年来随着电力电子技术的发展，通过在同步发电机与电网之间采用变频装置，从技术上解决了这些问题，采用同步发电机的方案又引起了人们的重视。无齿轮箱直驱全功率变换并网如图8-4所示。

图8-4　无齿轮箱直驱全功率变换并网示意图

无齿轮箱直驱全功率变换并网优点是可以调节转速和无功功率，空气动力学效率相对较高，噪声低，无齿轮箱；缺点是变流器容量大，电气效率低，发电机大，成本高。(www.xing528.com)

同步发电机与电网并联前为了避免电流冲击和转轴受到突然扭矩需要满足一定的并网条件，即风力发电机端电压的大小、频率、相位以及相序等于电网电压的大小、频率相位及相序，其具体过程为：当风速超过风力发电机起动风速时，风轮机启动，当发电机被风轮机带近至同步转速时，励磁调节器动作，向发电机供给励磁电流，并调节励磁电流使发电机的端电压接近于电网电压，在发电机加速几乎达到同步转速时，发电机的端电压的幅值将大致与电网电压相同。它们频率之间很小的差别将使发电机端电压和电网电压之间的相位差在0°～360°范围内缓慢变化，检测断路器两侧电位差，当其为零或非常小时，使断路器合闸并网。上述过程中使发电机端电压等于电网电压比较容易控制，只要调节励磁电流即可，最困难的是使风轮机调节器调节转速使得发电机频率与电网频率的偏差达到一个容许的很小的值，因为风轮机叶片是一个大惯性环节，这就对调节器要求很高，因此使用同步发电机并网难度较大。