本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目2MW直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)研究2MW直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)研究摘要本文首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀以及前景展望作了簡(jiǎn)要的介紹，并主要對(duì)2MW直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流電路作了詳細(xì)的分析。具體研究?jī)?nèi)容如下研究了陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)的數(shù)學(xué)模型，介紹了風(fēng)能轉(zhuǎn)換基本原理、風(fēng)力機(jī)模型和槳距角控制策略。并由風(fēng)能利用系數(shù)與槳距角、葉尖速比的關(guān)系曲線，詳細(xì)闡述最大風(fēng)能捕獲原理。介紹了直驅(qū)式各種變流電路和變流方式及其優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)研究了2MW直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流主電路，并分別研究其整流升壓逆變部分。分析了同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了CLARK變換和PARK變換以此來(lái)研究定子方程和轉(zhuǎn)子方程。同時(shí)也進(jìn)行了同步電機(jī)的矢量控制分析，把直流電機(jī)的控制思想移植到交流電機(jī)上，把交流電機(jī)當(dāng)直流電機(jī)來(lái)控制。關(guān)鍵字風(fēng)力發(fā)電；直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)；變流電路；矢量控制STUDYONCONTROLSYSTEMOF2MWDIRECTDRIVEWINDTURBINEABSTRACTTHISPAPERFIRSTLYHASABRIEFINTRODUCTIONOFTHESTATUSANDPROSPECTSOFWINDPOWER,ANDTHENANALYZESCURRENTCIRCUITOF2MWDIRECTDRIVEWINDTURBINEINDETAIL,SPECIFICSTUDIESAREASFOLLOWS1THEMATHEMATICALMODELOFGUST,RAMPCHANGEOFWINDSPEEDANDRANDOMCHANGEOFWINDSPEEDHASBEENSTUDIED,ANDTHEBASICPRINCIPLESOFWINDENERGYCONVERSION,WINDTURBINEMODELANDTHEPITCHCONTROLSTRATEGYHASBEENDESCRIBEDTOOWITHPOWERCOEFFICIENTANDPITCHANGEL,THISARTICLEELABORATESMAXIMALWINDENERGYCAPTURINGPRINCIPLE2INTRODUCEDADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFDIRECTDRIVECURRENTCIRCUITS,THENMAINLYMADEASTUDYONCURRENTCIRCUITOF2MWDIRECTDRIVEWINDTURBINE,ANDMADEARESEARCHONCURRENTCIRCUIT,BOOSTCIRCUITANDINVERTERCIRCUITOFITRESPECTIVELY3ANALYZEDMATHEMATICALMODELOFSYNCHRONOUSMOTORANDSTUDYTHESTATORANDROTOREQUATIONSWITHCLARKANDPARKTRANSFORMEQUATIONSALSOCONDUCTEDASYNCHRONOUSMOTORVECTORCONTROLANALYSIS,USEDCONTROLIDEASOFTHEDCMOTORTOSTUDYACMOTORANDCONTROLLEDACMOTORSASDCMOTORSKEYWORDWINDPOWERGENERATIONDIRECTDRIVESYNCHRONOUSWINDPOWERSYSTEMCURRENTCIRCUITVECTORCONTROL目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論111課題背景112風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀213風(fēng)電的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)414國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀6141世界風(fēng)電概述6142國(guó)內(nèi)風(fēng)電概述9第二章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理及其空氣動(dòng)力學(xué)模型和原理1121風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理1122風(fēng)力機(jī)模型12221空氣動(dòng)力學(xué)模型12222風(fēng)速模型13223風(fēng)能轉(zhuǎn)換原理15224定變槳距發(fā)電機(jī)組和槳距角控制模型1723最大風(fēng)能捕獲原理20第三章直驅(qū)式并網(wǎng)系統(tǒng)中的變流部分研究2331永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式2332直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)中的各種變流電路2433直驅(qū)式并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的變流方式2734變流器主電路研究以及工作原理29341主電路的結(jié)構(gòu)29342主電路的工作原理30343整流部分的電路的工作原理30344升壓斬波電路以及恒壓輸出原理32第四章永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及矢量控制3641基本坐標(biāo)變換關(guān)系3642三相靜止坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)基本方程3843同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型4044永磁同步發(fā)電機(jī)的矢量控制技術(shù)42441永磁同步發(fā)電機(jī)的電流控制策略42442單位功率因數(shù)控制策略44第五章總結(jié)與展望47參考文獻(xiàn)48致謝50第一章緒論11課題背景能源是人類文明歷史發(fā)展賴以存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在過(guò)去的很長(zhǎng)時(shí)間里，以煤炭、石油、天然氣等為主的化石能源極大地推動(dòng)了人類歷史的發(fā)展。長(zhǎng)久以來(lái)，在大量使用化石燃料發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)的破壞，如大氣污染、水污染、臭氧層破壞、物種瀕危、綠色屏障銳減、地荒漠化、酸雨侵害、溫室效應(yīng)、垃圾積留、人口激增等問題，國(guó)際上概括為“3P”和“3E”問題POPULATION（人口）、POVERTY（貧窮）、POLLUTION（污染）、ENERGY（能源）、ECOLOGY（生態(tài)）、ENVIRONMENT（環(huán)境）。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng)，能源需求與日俱增，加快了能源的消耗，導(dǎo)致了以石化燃料為主的不可再生能源面臨資源枯竭的嚴(yán)峻形勢(shì)。據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，如果按照現(xiàn)在的技術(shù)水平和采掘速度計(jì)算，全球煤炭資源還可供開采200年，預(yù)測(cè)已探明的石油儲(chǔ)量?jī)H能開采40年，天然氣能開采60年1。與此同時(shí)，日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題也需巫待解決，因此，我們當(dāng)下正面臨著能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)兩方面巨大的壓力。從人類長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展來(lái)看，走可持續(xù)的發(fā)展道路，大力開發(fā)利用新能源、發(fā)展可再生能源，已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略舉措。可再生能源主要有太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、海洋能、氫能、地?zé)崮芤约昂四艿取Ｓ捎诰哂锌稍偕o(wú)污染、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。風(fēng)能是由于地球表面大量空氣在不停地流動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)能，約有2的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)，全球共有風(fēng)能資源約43L09MW，其中可用的風(fēng)能資源大概為2L07MW，達(dá)到全球能源需求總量的15倍以上2。與傳統(tǒng)發(fā)電方式比較，風(fēng)力發(fā)電具有很多自身的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下可再生清潔能源。風(fēng)能是一種綠色無(wú)污染可再生潔凈能源，基本上不消耗資源，更不會(huì)污染環(huán)境，具有火力發(fā)電無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。可靠性高。目前，大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性從20世紀(jì)80年代的50提高到98，超過(guò)了火力發(fā)電，而且機(jī)組壽命也超過(guò)了20年。運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。由于采用了微機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代大中型風(fēng)力機(jī)具有很高的自動(dòng)化水平，具有風(fēng)機(jī)自診斷功能，其安全保護(hù)也越來(lái)越完善，不僅可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)獨(dú)立控制，而且也能實(shí)現(xiàn)多機(jī)群體控制和遠(yuǎn)程遙控，完全可以做到無(wú)人值守，必要時(shí)，只需進(jìn)行定期的維護(hù)，避免了火力發(fā)電存在的大修問題。實(shí)際的占地面積小。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，變電、監(jiān)控和機(jī)組等建筑僅占傳統(tǒng)火力發(fā)電廠使用土地面積的1，其余的場(chǎng)地仍可供其他方面使用。發(fā)電方式多樣化。風(fēng)力發(fā)電不僅可并網(wǎng)運(yùn)行，也可和太陽(yáng)能發(fā)電、柴油發(fā)電、水利發(fā)電等其他能源組成互補(bǔ)系統(tǒng)向電網(wǎng)供電，同時(shí)也可獨(dú)立運(yùn)行。這樣，為解決邊遠(yuǎn)供電困難或無(wú)電地區(qū)的用電問題，提供可能性。正是因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，歐美各國(guó)早就重視風(fēng)能的發(fā)展，他們通過(guò)立法或?qū)嵭懈鞣N優(yōu)惠政策積極激勵(lì)、扶持和推進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。最近這些年，風(fēng)力發(fā)電在亞洲國(guó)家以及其他地區(qū)國(guó)家發(fā)展非常迅速。據(jù)估計(jì)，世界范圍內(nèi)每年可開發(fā)的風(fēng)能約為53萬(wàn)億KWH。全球風(fēng)電總裝機(jī)容量在2020年可能達(dá)到1231億KW，其中我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量占014，可達(dá)17億KW。12風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀按照控制方式來(lái)劃分，風(fēng)電系統(tǒng)可分為恒速恒頻系統(tǒng)（CSCF）和變速恒頻系統(tǒng)（VSCF）兩大類。CSCF系統(tǒng)的特點(diǎn)是，不管風(fēng)速怎么變化，始終維持風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速為恒定值，這個(gè)值一般是同步速，從而實(shí)現(xiàn)恒定發(fā)電頻率，其中，發(fā)電機(jī)大多數(shù)為同步發(fā)電機(jī)或感應(yīng)發(fā)電機(jī)。當(dāng)風(fēng)速不斷變化時(shí)，風(fēng)機(jī)葉尖速比不可能一直持在最佳值狀態(tài)，也就不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能最大捕獲的目的，導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率比較低。由于CSCF系統(tǒng)還是一種剛性的耦合系統(tǒng)，在風(fēng)速突變時(shí)，風(fēng)力機(jī)的葉輪將要承受巨大的扭力和風(fēng)力摩擦，時(shí)間久了，將會(huì)造成嚴(yán)重的磨損。為了使機(jī)械轉(zhuǎn)速保持不變，風(fēng)力同樣會(huì)在風(fēng)機(jī)主軸、齒輪箱、電機(jī)等部件上產(chǎn)生巨大的機(jī)械應(yīng)力，這些都會(huì)減短風(fēng)機(jī)的使用壽命。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，將會(huì)給穩(wěn)定運(yùn)行的電力系統(tǒng)帶來(lái)潛在的影響。在VSCF風(fēng)電系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)速不斷的變化時(shí)，風(fēng)機(jī)始終能夠保持在最佳葉尖速比，從而提高風(fēng)能的轉(zhuǎn)換率，通過(guò)恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詮亩a(chǎn)生恒定頻率的電能。相對(duì)于CSCF發(fā)電系統(tǒng)，VSCF風(fēng)能的利用率較高，各個(gè)部件受到的機(jī)械應(yīng)力得到了顯著的下降，降低了運(yùn)行的噪聲。近年來(lái)，由于引入了電力電子裝置，變流機(jī)組的控制靈活性提高了，使得機(jī)組性能符合了電網(wǎng)公司的高標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)一步提高了電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性和暫態(tài)、靜態(tài)穩(wěn)定性。由于具有以上種種優(yōu)點(diǎn)，VSCF發(fā)電系統(tǒng)己經(jīng)開始逐漸地取代了CSCF發(fā)電系統(tǒng)，在2004年和2005年，在全球所安裝的所有風(fēng)電機(jī)組中，92的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用了VSCF系統(tǒng)，并且這個(gè)比值還在不斷上升。目前，VSCF型風(fēng)電機(jī)組主要可分為兩種基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的齒輪驅(qū)動(dòng)型機(jī)組和基于永磁同步發(fā)電機(jī)的直驅(qū)型機(jī)組345，基本結(jié)構(gòu)圖分別如圖11和圖12所示。圖11雙饋型機(jī)組結(jié)構(gòu)圖圖12直驅(qū)型機(jī)組結(jié)構(gòu)圖在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與風(fēng)力機(jī)之間通過(guò)齒輪箱藕合相連，發(fā)電機(jī)定子三相繞組與電網(wǎng)直接相連，轉(zhuǎn)子繞組三相接頭與電網(wǎng)之間通過(guò)背靠背變換器相連。通過(guò)控制轉(zhuǎn)差功率，發(fā)電機(jī)可在次同步、同步、超同步三種工況下運(yùn)行，同時(shí)，電機(jī)也有較寬的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍和較強(qiáng)的網(wǎng)側(cè)功率控制能力。一般，在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，選取的變流器通常是部分功率變流器。由于僅僅輸送轉(zhuǎn)差功率，通常使用機(jī)組容量的1/31/2倍作為變流器容量，價(jià)格和成本比全功率變流器要低許多，因此具有一定的誘惑力。正因?yàn)榫哂心敲炊鄡?yōu)勢(shì)，在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中，變速恒頻雙饋型風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用非常廣泛。從21世紀(jì)初開始，雙饋型風(fēng)電機(jī)組占有的市場(chǎng)比例已高于CSCF風(fēng)電機(jī)組，并且從此成為了大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型6。但是，在工作過(guò)程中，雙饋型風(fēng)電機(jī)組的缺點(diǎn)開始顯現(xiàn)出來(lái)了。首先，齒輪箱的成本很高，并且由齒輪箱自身導(dǎo)致的噪聲問題和漏油問題都不能得到完全地解決，能量轉(zhuǎn)換效率還是較低，系統(tǒng)的可靠性也得不到保證；其次，必須按時(shí)對(duì)雙饋電機(jī)中的電刷和滑環(huán)進(jìn)行維護(hù)，大量的檢修工作在某種程度上降低了系統(tǒng)的可靠性。電機(jī)在低負(fù)荷下工作時(shí)，效率不高，尤其是電機(jī)的單機(jī)容量越來(lái)越大，引發(fā)問題將更加明顯。由于不需要齒輪箱，直驅(qū)型風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)組巨大的發(fā)展空間逐漸展現(xiàn)出來(lái)了。目前，永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量約占風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康氖种唬@個(gè)比例仍在不斷提高。近年來(lái)隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)，25兆瓦容量以上的永磁同步力發(fā)電機(jī)使用越來(lái)越廣泛。國(guó)外對(duì)直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)己經(jīng)十幾年了。在1997年，德國(guó)就生產(chǎn)了功率為600KW的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。我國(guó)對(duì)直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)技術(shù)比較落后，可發(fā)展非常快。目前，湘電集團(tuán)和金風(fēng)科技早就開始獨(dú)立制造了直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。由于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)省去了容易出故障的齒輪箱，風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接連接，二者轉(zhuǎn)速相等，所以發(fā)電機(jī)的輸出端電壓和頻率隨風(fēng)速的變化而變化。若要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)，需要經(jīng)全功率ACDCAC變流器以保證機(jī)電壓的幅值、相位、頻率、相序與電網(wǎng)保持一致。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)78風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)低速永磁同步交流電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍與風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速很好地匹配，無(wú)增速齒輪箱，機(jī)組結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，減少發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作并降低噪聲污染，而且切入風(fēng)速較低，低風(fēng)速時(shí)具有更高的效率。永磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、采用永磁體勵(lì)磁，不需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功來(lái)建立勵(lì)磁電壓，因此損耗小、效率高、可靠性高，轉(zhuǎn)子永磁體的極數(shù)很多，一般有幾十極甚至上百極，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于普通交流同步發(fā)電機(jī)的極數(shù)，所以永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子半徑很大，但軸向長(zhǎng)度卻相對(duì)較短，呈圓盤形狀。采用全功率變流器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，方便地調(diào)節(jié)功率因數(shù)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。但其缺點(diǎn)是需要兩個(gè)全功率變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)ACDCAC變換，增大了投資。制約直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的主要因素是變流器的額定容量和成本價(jià)格，但隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變流器成本將會(huì)逐漸降低，與其他系統(tǒng)所采用的升速齒輪箱結(jié)構(gòu)相比，直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。相比于其他風(fēng)力發(fā)電機(jī)，省略齒輪箱的直驅(qū)機(jī)提升了能量轉(zhuǎn)換效率，全容量變流器改善了并網(wǎng)特性，但是風(fēng)電機(jī)組的出力仍受自然風(fēng)速的限制。作為風(fēng)力發(fā)電的原動(dòng)力，風(fēng)能的隨機(jī)性與不可控性直接導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)成為不穩(wěn)定的間歇性電源，因此，對(duì)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行研究。13風(fēng)電的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)也在不斷的升級(jí)換代。具體發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增長(zhǎng)國(guó)際上3MW以上的變速變槳距風(fēng)電機(jī)組己經(jīng)研發(fā)出來(lái)了，5MW的風(fēng)電機(jī)組正在試驗(yàn)運(yùn)行當(dāng)中。目前，芬蘭WINWIND公司己經(jīng)研發(fā)出來(lái)了11MW風(fēng)電機(jī)組，該公司的3MW風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)安裝完成，2010年該公司將開發(fā)出11MW的風(fēng)電機(jī)組。德國(guó)ENERCON公司己經(jīng)批量生產(chǎn)18MW的直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組，45MW的原型機(jī)正在試驗(yàn)當(dāng)中9。變槳距調(diào)節(jié)方式迅速取代失速功率調(diào)節(jié)方式失速調(diào)節(jié)是通過(guò)風(fēng)力機(jī)葉片在高風(fēng)速下氣流與葉片之間產(chǎn)生的分離失速?gòu)亩拗乒β试黾拥囊环N調(diào)節(jié)方式。它的缺點(diǎn)是需要葉尖剎車裝置，風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)載荷比較大。優(yōu)點(diǎn)是由于輪轂與葉片之間沒有運(yùn)動(dòng)部件，所以不需要復(fù)雜的程序控制，在失速過(guò)程中的功率波動(dòng)也比較小。變槳距功率調(diào)節(jié)是根據(jù)功率信號(hào)控制風(fēng)力機(jī)葉片的槳距角，從而改變氣流攻角來(lái)限制輸出功率。它的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率穩(wěn)定，機(jī)組的啟動(dòng)性能好、結(jié)構(gòu)受力小；缺點(diǎn)是由于增加了變槳距裝置，因而增加了故障概率，它的程序控制比較復(fù)雜。目前，變槳距調(diào)節(jié)方式在兆瓦級(jí)以上的風(fēng)電機(jī)組中應(yīng)用比較普遍。變速恒頻迅速取代恒速恒頻為了獲得最大的風(fēng)能利用效率，變速恒頻并網(wǎng)方式是通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而控制葉尖比，使其達(dá)到最佳值。重要的是，變速恒頻與恒速恒頻相比，變速恒頻風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)增加了“網(wǎng)間友善”，因此目前兆瓦級(jí)以上的風(fēng)電機(jī)組大多采用變速恒頻的方式。無(wú)齒輪箱系統(tǒng)的市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大齒輪傳動(dòng)不僅產(chǎn)生噪聲、降低風(fēng)電轉(zhuǎn)換的效率和增加維護(hù)的成本，而且還是機(jī)械故障產(chǎn)生的主要原因。直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)由于解決了齒輪箱的問題，提高了系統(tǒng)的效率和運(yùn)行的可靠性，日益受到人們的青睞，在市場(chǎng)中所占的份額越來(lái)越大；2004年德國(guó)所安裝的風(fēng)電機(jī)組中有409采用了無(wú)齒輪箱的系統(tǒng)10。海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，陸地風(fēng)電的發(fā)展需要占用大量的土地，對(duì)周圍人民群眾的日常生活產(chǎn)生了不利的影響，同時(shí)海上風(fēng)力資源相當(dāng)豐富。因此，發(fā)展海上風(fēng)電事業(yè)已經(jīng)是一種新的趨勢(shì)。由于海上和陸地上的風(fēng)電機(jī)組采用不同的葉尖速比，同時(shí)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比陸地上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)噪聲的要求更低，所以采用較高的葉尖速比速度可以降低機(jī)艙的成本和重量。國(guó)外對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)場(chǎng)的建設(shè)做了很多工作，并開發(fā)出了海上風(fēng)能資源測(cè)試設(shè)備和海上風(fēng)電場(chǎng)的安裝平臺(tái)。14國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀141世界風(fēng)電概述表11全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量年份累計(jì)裝機(jī)容量（MW1996年61001997年76001998年101201999年135602000年173202001年238202002年310902003年392232004年474302005年589612006年740522007年938352008年1202962009年1585052010年1953642011年2374702012年283730表12全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量年份新增裝機(jī)容量（MW）1996年12801997年15001998年25201999年34402000年37602001年65002002年72702003年81332004年82072005年115312006年150912007年197832008年264612009年382092010年358022011年410002012年46108丹麥?zhǔn)鞘澜缟献钤缡褂蔑L(fēng)力發(fā)電的國(guó)家，也是風(fēng)電發(fā)展最為迅速、技術(shù)最為先進(jìn)的國(guó)家之一，擁有世界風(fēng)電制造領(lǐng)頭羊企業(yè)VESTAS（維斯塔斯），截至2010年3月，其產(chǎn)品累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到39705MW，占世界總裝機(jī)量的236。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1996年至2009年這十幾年中，全世界風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)平均增長(zhǎng)速度達(dá)到了286，顯示出了快速、持續(xù)增長(zhǎng)的強(qiáng)勁勢(shì)頭。2009年，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到了158GW，且當(dāng)年累計(jì)增速達(dá)到了319，比常年平均水平提高了33個(gè)百分點(diǎn)，具體數(shù)據(jù)詳見表13。僅2009年一年內(nèi)，全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量達(dá)3834萬(wàn)KW，增長(zhǎng)率高達(dá)42，比19962009年期間的平均值高出了10多個(gè)百分點(diǎn)（見表14）。隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使之不但成為世界新能源發(fā)電的主要力量，而且在拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和創(chuàng)造就業(yè)方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。截至2009年底，世界上已有100多個(gè)國(guó)家開始發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量超過(guò)100萬(wàn)KW的國(guó)家達(dá)17個(gè)，位于前十名的國(guó)家分別是美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、西班牙、印度、意大利、法國(guó)、英國(guó)、葡萄牙以及丹麥。新增裝機(jī)位于前十名的國(guó)家分別是中國(guó)、美國(guó)、西班牙、德國(guó)、印度、意大利、法國(guó)、英國(guó)、加拿大和葡萄牙。在累計(jì)裝機(jī)排名中，中國(guó)以微弱的優(yōu)勢(shì)超過(guò)德國(guó)，排在了第二位，但與第一名的美國(guó)差距還很大。德國(guó)排名第三，西班牙位列第四。近年來(lái)，風(fēng)電的發(fā)展仍然主要集中在歐洲、北美洲以及亞洲地區(qū)，在2009年全球3834萬(wàn)KW的新增裝機(jī)量中，亞洲、北美和歐洲占據(jù)了絕大部分，作為全球最主要的風(fēng)電市場(chǎng)，這三大洲的風(fēng)電裝機(jī)的增長(zhǎng)有力地推動(dòng)了全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。凡是風(fēng)電裝機(jī)量排名靠前的國(guó)家，都是由其本國(guó)著名的風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)作為技術(shù)支撐。由于風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，個(gè)別知名廠商先后被并購(gòu)，一些大型跨國(guó)公司也開始介入風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。如表15所示。VESTAS,GE,GAMESA,ENERCON以及SIEMENS等傳統(tǒng)知名品牌，在世界累計(jì)市場(chǎng)份額中占了67，居于主導(dǎo)地位。但在2009年，新增市場(chǎng)份額中的比例己經(jīng)下降到47。華銳、金風(fēng)、東汽和SUZLON等一批新興企業(yè)，在世界風(fēng)電市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中開始嶄露頭角盡管在全世界累計(jì)市場(chǎng)份額僅有145，然而在2009年這一年的新增市場(chǎng)份額中已占據(jù)30以上。表13世界風(fēng)電整機(jī)裝備制造業(yè)分布序號(hào)企業(yè)名稱當(dāng)年新增MW累計(jì)MW1VESTAS丹麥4766129397052362GEWIND美國(guó)4741128229311363華銳中國(guó)3510955658344ENERCON德國(guó)322187197381175金風(fēng)中國(guó)2727745315326GAMESA西班牙254669192251147東汽中國(guó)2475673765228SUZLON印度2421659671579SIEMENS德國(guó)226561112136710REPOWER德國(guó)129735489429其他企業(yè)合計(jì)703119026331156總計(jì)3700310001684461000前十名29969810142115844142國(guó)內(nèi)風(fēng)電概述我國(guó)風(fēng)電雖然發(fā)展很快，但是目前開發(fā)程度還比較低，至2009年底，只開發(fā)利用了不到2600萬(wàn)KW，不到可開發(fā)量的2，尚有十分豐富的潛在資源能夠開發(fā)利用。我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀有如下特點(diǎn)第一，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速、風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)速度加快。中國(guó)首座風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是山東榮成風(fēng)電場(chǎng)，1986年5月安裝了3臺(tái)VESTAS55KW風(fēng)電機(jī)，此后發(fā)展較慢，直至2003年國(guó)家發(fā)改委推行風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目，才促進(jìn)了我國(guó)風(fēng)電的迅速發(fā)展，連續(xù)多年呈倍數(shù)增長(zhǎng)。2009年我國(guó)除臺(tái)灣省外其他地區(qū)共新增風(fēng)電機(jī)組10129臺(tái)，其裝機(jī)容量達(dá)1380萬(wàn)KW，已經(jīng)超過(guò)美國(guó)成為了全球當(dāng)年新增裝機(jī)量最多的國(guó)家；累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)量已達(dá)2580萬(wàn)KW，排名由2008年的第四位上升至目前的第二位。其中并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)2268萬(wàn)KW,累計(jì)發(fā)電量達(dá)516億KWH。政府規(guī)劃要求截至2015年將達(dá)到9000萬(wàn)KW,2020年要達(dá)到15億KW1112。第二，風(fēng)電制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速、國(guó)內(nèi)自主研發(fā)進(jìn)程加快。自2003年以來(lái)，國(guó)家連續(xù)推行風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)這一項(xiàng)目，正確采取了政府支持和市場(chǎng)機(jī)制相結(jié)合的方式，有力地促進(jìn)了風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技、國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力、東方汽輪機(jī)、上海電氣以及通用電氣、歌美颯、維斯塔斯、蘇司蘭、西門子等一大批國(guó)內(nèi)外大型制造業(yè)和投資商紛紛涌入中國(guó)風(fēng)電制造業(yè)市場(chǎng)。此外，還有一批中小型制造企業(yè)在成長(zhǎng)中，依托其良好的研發(fā)基礎(chǔ)，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的發(fā)展實(shí)力，如南車和湘電集團(tuán)等。截至2009年底，國(guó)外風(fēng)電制造廠商僅占據(jù)了我國(guó)209的市場(chǎng)份額，其余均為國(guó)內(nèi)的自主品牌。第三，我國(guó)的風(fēng)電發(fā)展得到了政府和社會(huì)的大力支持。為了大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)風(fēng)力發(fā)電，國(guó)家發(fā)改委從2003年起推行風(fēng)電特許權(quán)這一項(xiàng)目，每年一期，通過(guò)招標(biāo)的方式選擇投資商和開發(fā)商。這是國(guó)家發(fā)展風(fēng)電的一個(gè)重要舉措，它明確風(fēng)電不參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，還對(duì)規(guī)定的上網(wǎng)電量承諾固定電價(jià)。在2006年，我國(guó)實(shí)施了可再生能源法，確立了可再生能源發(fā)展的法律地位和基本制度和政策框架。國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、國(guó)家能源局等政府部門還研究制定了有關(guān)配套政策，支持包括風(fēng)電在內(nèi)的可再生能源的發(fā)展。根據(jù)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃，至2020年我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到15億KW，將打造七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地酒泉、哈密、蒙西、蒙東、河北、江蘇和吉林。第二章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理及其空氣動(dòng)力學(xué)模型和原理21風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的控制問題也比較繁瑣，為了研究和分析的方便將其分成能量管理系統(tǒng)和偏航管理系統(tǒng)。能量系統(tǒng)包括將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的風(fēng)力機(jī)、將風(fēng)力機(jī)傳遞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成頻率變化的電能的發(fā)電機(jī)和將發(fā)電機(jī)的電能轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)要求的電能的變流器。偏航管理系統(tǒng)包括風(fēng)力機(jī)的變槳操作系統(tǒng)、偏航操作的電機(jī)控制系統(tǒng)、解纜操作系統(tǒng)和剎車操作系統(tǒng)等。從下圖21中可以看到整個(gè)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，其中包括從風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能，然后驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，再到將可變電能轉(zhuǎn)換成電壓、頻率恒定的電能輸送到電網(wǎng)等部分構(gòu)成的主系統(tǒng)；為了保障主系統(tǒng)按照人們?cè)O(shè)置的模式安全、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行的控制系統(tǒng)。圖21永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖能量管理系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、穩(wěn)壓電容器、耗能電阻、整流逆變裝置等部分構(gòu)成了能量管理系統(tǒng)，其主要功能就是把不同形式的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，也即是把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。以下將詳細(xì)介紹各個(gè)組成部分的功能。風(fēng)力機(jī)它是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，包括槳葉、輪轂，傳動(dòng)軸等，其輸出的機(jī)械能通過(guò)傳動(dòng)裝置傳送給發(fā)電機(jī)，永磁同步發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，主要包括定子和轉(zhuǎn)子部分。變流器它的形式是背靠背的PWM，可以分成整流器和逆變器兩部分，整流器將發(fā)電機(jī)輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，其中間直流環(huán)節(jié)的電容器起濾波和穩(wěn)壓作用，逆變器再將直流電逆變成頻率、大小不變的交流電輸送到電網(wǎng)。耗能電阻它起兩方面的作用，一方面防止發(fā)電機(jī)發(fā)出的電對(duì)電容器造成過(guò)充而損壞電容器；另一方面當(dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電壓有可能過(guò)高，這時(shí)接入耗能電阻可以消耗一部分電能，從而避免了電壓的進(jìn)一步升高。偏航控制系統(tǒng)風(fēng)向風(fēng)速儀、異步電機(jī)、抱閘裝置等部分共同構(gòu)成了偏航控制系統(tǒng)。它的主要作用就是對(duì)風(fēng)，使風(fēng)力機(jī)槳葉掃掠面與風(fēng)向垂直，從而保證風(fēng)力機(jī)能更多地獲取風(fēng)能。風(fēng)向風(fēng)速儀將測(cè)得的風(fēng)向、風(fēng)速等信息傳送給主控系統(tǒng)。異步電機(jī)主要執(zhí)行偏航操作、側(cè)風(fēng)操作、解纜操作等命令。偏航操作可分為自動(dòng)偏航和手動(dòng)偏航，自動(dòng)偏航就是風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)主控指令自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使得風(fēng)力機(jī)槳葉掃掠面對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，來(lái)捕獲最大的風(fēng)能。手動(dòng)偏航就是通過(guò)人為控制實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)的操作；側(cè)風(fēng)操作就是為了避免風(fēng)速過(guò)大對(duì)風(fēng)力機(jī)造成損壞而設(shè)置的操作，也即是當(dāng)風(fēng)速超過(guò)限定風(fēng)速時(shí)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)使得槳葉掃掠面與風(fēng)向平行，這樣風(fēng)力機(jī)受的風(fēng)力就很小了；解纜操作就是在對(duì)風(fēng)過(guò)程中，假如風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向始終朝一個(gè)方向，勢(shì)必會(huì)造成電纜的過(guò)度纏繞，甚至扯斷電纜，為了避免這種情況發(fā)生，當(dāng)風(fēng)力機(jī)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)規(guī)定圈數(shù)后，它會(huì)朝反方向旋轉(zhuǎn)若干圈從而保證了電纜的安全性。此外，除了偏航控制系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)以外，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還包括主控制系統(tǒng)、故障保護(hù)系統(tǒng)、可視化操作系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是通過(guò)主控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的，保證了風(fēng)電系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。22風(fēng)力機(jī)模型221空氣動(dòng)力學(xué)模型風(fēng)力機(jī)由葉片、輪轂、傳動(dòng)軸和聯(lián)軸器等中間傳動(dòng)裝置構(gòu)成。風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，本文的重點(diǎn)是研究風(fēng)電機(jī)組的電氣特性，因此使用簡(jiǎn)化的氣動(dòng)力模型來(lái)描述風(fēng)機(jī)的輸出功率、轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的關(guān)系，其中可控參數(shù)為槳距角和葉尖速比。為了表示風(fēng)輪運(yùn)行速度的快慢，定義葉尖圓周線速度與來(lái)流風(fēng)速之比為葉尖速比（21）RN2其中，N為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)分）；R為風(fēng)輪半徑（M）；為上游風(fēng)速（M/S）；為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角速度（RAD/S）。風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩TW與風(fēng)速的關(guān)系可以表示為（22）/,5023CP對(duì)應(yīng)的機(jī)械功率為（23）,32PWCRTP其中，為空氣密度；R為風(fēng)力機(jī)葉輪半徑；為槳葉的槳距角；為葉尖速比；CP為風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)。已知，（24）06854016573021IECIP其中，則風(fēng)能利用系數(shù)CP是葉尖速比和槳距角的函1813I數(shù)，可表示為CP,。在直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)中，由于沒有齒輪箱，風(fēng)力機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，因此二者轉(zhuǎn)速相同，即，傳動(dòng)部分采用單質(zhì)量塊模型。G傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為（25）JBTDMEWT其中，J為機(jī)組的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為轉(zhuǎn)動(dòng)粘滯系數(shù)，TE為電磁轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。222風(fēng)速模型風(fēng)速是空氣在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離，風(fēng)速模型相對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)是相對(duì)獨(dú)立的，同一地點(diǎn)的風(fēng)速隨海拔高度而有差別。對(duì)風(fēng)速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析過(guò)程中要以下方WV的公式測(cè)風(fēng)高度H0處的風(fēng)速VW0進(jìn)行修正（26）0HW其中，H為風(fēng)力機(jī)輪轂的高度，單位為M；風(fēng)速的單位為M/S；為高度修正系數(shù)，通常在010040范圍內(nèi)，實(shí)際工程計(jì)算中近似可取1/7。采用風(fēng)速四分量模型可以更好地模擬風(fēng)速隨時(shí)間不斷變化的基本特性，四個(gè)分量分別為基本風(fēng)、陣風(fēng)VWG、漸變風(fēng)VWR和隨機(jī)噪聲風(fēng)VWN。基本風(fēng)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率主要是由基本風(fēng)決定的，基本風(fēng)風(fēng)速可以由風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)所得的威布爾分布參數(shù)近似確定，該分量為常數(shù)，不隨時(shí)間變化。（27）KAV1其中，A和K分別為威布爾分布的尺度參數(shù)、形狀參數(shù)；1為伽馬函數(shù)。K1陣風(fēng)陣風(fēng)可以反映風(fēng)速在某一時(shí)刻突然變化的特性，通常用陣風(fēng)來(lái)考察風(fēng)電系統(tǒng)在較大的風(fēng)速擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。（2GCOSWGTTVT108）其中，；、分別為陣風(fēng)GWGTTV1MAXCOS2COS1MAXWVGT1的最大值、周期及啟動(dòng)時(shí)間。漸變風(fēng)漸變風(fēng)用來(lái)描述風(fēng)速的漸變特性。（2RWRRAMPTTVT2X109）其中，；為漸變風(fēng)的最大值；、RRWRRAMPTTV212AX1MAXWRVRT1分別為漸變風(fēng)起始時(shí)間和終止時(shí)間。RT2隨機(jī)噪聲風(fēng)隨機(jī)噪聲風(fēng)可以反映風(fēng)速的隨機(jī)變化特性。（210）IINIWTOSIVSC2211其中，；是02的隨機(jī)變量；21II3422IIIVFKI是地表粗糙系數(shù)，一般取0004；F是擾動(dòng)范圍，單位是；是相對(duì)高度的平均NK2M風(fēng)速；為幅值波動(dòng)參數(shù)，取值范圍052。實(shí)際作用在風(fēng)力機(jī)上的風(fēng)速可以用上述四種風(fēng)速分量的疊加和表示W(wǎng)V（211）WNRGV四種風(fēng)速分量和合成風(fēng)速的仿真曲線如圖22所示。其中，基本風(fēng)風(fēng)速為6M/S；陣風(fēng)在4S時(shí)啟動(dòng)，8S時(shí)結(jié)束，最大值為2M/S；漸變風(fēng)4S時(shí)啟動(dòng)，8S時(shí)達(dá)最大值2M/S；隨機(jī)風(fēng)幅值波動(dòng)參數(shù)為1。223風(fēng)能轉(zhuǎn)換原理德國(guó)物理學(xué)家貝茲（BETZ）于1926年建立了風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)理論。貝茲理論假定風(fēng)輪是理想的，即沒有輪轂，且由無(wú)限多葉片組成，氣流通過(guò)風(fēng)輪時(shí)也沒有阻力。此外，假定氣流經(jīng)過(guò)整個(gè)掃風(fēng)面是均勻的，氣流通過(guò)風(fēng)輪前后的速度方向?yàn)檩S向。理想風(fēng)輪的氣流模型如圖23所示。圖23中，是風(fēng)力機(jī)上游風(fēng)速；是通過(guò)風(fēng)輪時(shí)的實(shí)際風(fēng)速；是風(fēng)力機(jī)下游的1VV2V風(fēng)速；上游風(fēng)速的氣流截面積為，下游風(fēng)速的氣流截面積為。1SS根據(jù)能量守恒原理，風(fēng)輪獲得的機(jī)械能是由空氣動(dòng)能的降低而轉(zhuǎn)化得到的，所以必定小于，又因?yàn)椋匀唤缰械目諝饬鲃?dòng)可認(rèn)為是不可壓縮的，由2V1VV，可知大于。21S21S圖22理想風(fēng)輪的氣流模型風(fēng)作用在風(fēng)輪上的力為（212）21VSF風(fēng)輪吸收的功率為（213）21P從上游至下游的風(fēng)能變化為（214）21VSE由能量守恒定律可知，,所以得出P（215）21V所以，作用在風(fēng)輪上的力和轉(zhuǎn)化功率是（216）21VSF（217）224P因?yàn)樯嫌物L(fēng)速為給定值，所以P可以看做是以為變量的函數(shù)，如果要求求出1VV功率P的最大值，就對(duì)上式求導(dǎo)（218）212234SDV令，則可得出（舍）；（其對(duì)應(yīng)著最大功率）。把代02DVP12V312V312V入上式，可以得出風(fēng)力機(jī)獲得的最大功率是（219）31MAX278SVP將上式除以氣流通過(guò)風(fēng)輪掃掠面時(shí)具有的動(dòng)能，可以得到風(fēng)力機(jī)的理論最大效率（220）593027163MAXAXSV0593即為貝茨理論的極限值，它說(shuō)明風(fēng)力機(jī)從自然界中所獲得的能量是有限的，理論上的最大值為0593，其損失部分可解釋為留在尾跡中的氣流旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)是小于0593的，用表示，可以寫為,值越大，PC5930PCP表示風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)能的利用率也越高，風(fēng)力機(jī)的效率也就越高。對(duì)實(shí)際應(yīng)用的風(fēng)力機(jī)來(lái)說(shuō)，風(fēng)能利用系數(shù)主要受風(fēng)輪葉片的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制造工藝水平的限制，而且還隨所采用的風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的形式而異。所以，風(fēng)力機(jī)實(shí)際能得到的功率為（221）3150SVCPPM224定變槳距發(fā)電機(jī)組和槳距角控制模型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)歷了由定槳距到變槳距最后到變速的不斷升級(jí)換代的發(fā)展過(guò)程。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其特點(diǎn)20世紀(jì)80年代中期開始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)和運(yùn)行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)，這些都是并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要解決的最基木的問題。由于功率輸出是由槳葉自身的性能來(lái)限制的，槳葉的節(jié)距角在安裝時(shí)己經(jīng)固定，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率限制。所以，只要在允許的風(fēng)速范圍內(nèi)，定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)風(fēng)速變化引起輸出能量的變化不作任何控制的。這就大大簡(jiǎn)化了控制技術(shù)和相應(yīng)的伺服傳動(dòng)技術(shù)，使得定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。圖23所示為定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。圖23定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其特點(diǎn)20世紀(jì)90年代后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性已經(jīng)不是問題，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)。采用全槳變槳距的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，起動(dòng)時(shí)可以對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并網(wǎng)后可對(duì)功率進(jìn)行控制，使風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)性能和功率輸出特性都有顯著改善。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)不再是簡(jiǎn)單的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，作為變槳距系統(tǒng)，它自身已組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用了液壓比例閥或電液伺服閥，使控制系統(tǒng)的水平提高到一個(gè)新的階段。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其特點(diǎn)由于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)的效果仍不理想，到了20世紀(jì)90年代中期，基于變槳距技術(shù)的各種變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始進(jìn)入風(fēng)電場(chǎng)。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)與定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的根本區(qū)別在于，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是把風(fēng)速信號(hào)作為控制系統(tǒng)的輸入變量來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制的。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（如圖24所示）的主要特點(diǎn)是低于額定風(fēng)速時(shí)，它能跟蹤最佳功率曲線，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有最高的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率；高于額定風(fēng)速時(shí)，它增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加穩(wěn)定，特別是解決了高次諧波與功率因數(shù)等問題后，達(dá)到了高效率、高質(zhì)量地向電網(wǎng)提供電能的目的。可以說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)從機(jī)組的定槳距恒速運(yùn)行發(fā)展到基于變槳距技術(shù)的變速恒頻運(yùn)行，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從能夠向電網(wǎng)提供電能到理想地向電網(wǎng)提供電能的最終目標(biāo)。圖24變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳距角控制模型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組可以按需求靈活調(diào)節(jié)槳距角。一般地，當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)整槳距角保持在零度不變，等同于定槳距風(fēng)力機(jī)。當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，保持電磁轉(zhuǎn)矩恒定不變，通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角使風(fēng)電機(jī)組的輸出功率維持在額定功率。圖25槳距角控制環(huán)節(jié)由式可知，槳距角的大小直接影響著值，在變槳距風(fēng)/,5023CPWRTPC力發(fā)電系統(tǒng)中，槳距角控制系統(tǒng)十分重要。控制槳距角的方法有很多，可以通過(guò)測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速和功率作為輸入信號(hào)設(shè)計(jì)槳距角控制器，也可以將風(fēng)力機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)速的偏差量作為輸入信號(hào)調(diào)節(jié)槳距角。公式如下（222）KDT1其中，為調(diào)節(jié)裝置的慣性時(shí)間常數(shù)（包括測(cè)量環(huán)節(jié)的延遲效應(yīng)），K為增益系數(shù)，為轉(zhuǎn)速偏差。控制框圖如圖25所示。0變槳距調(diào)節(jié)方式在目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用，在額定風(fēng)速以上時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)輪葉片的槳距角來(lái)降低風(fēng)能利用率，使轉(zhuǎn)速保持在額定值不變，以保證風(fēng)機(jī)輸出額定功率。23最大風(fēng)能捕獲原理變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要特點(diǎn)就是在風(fēng)速在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，系統(tǒng)可以按最佳效率運(yùn)行，捕獲最大風(fēng)能，同時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)變流器可以輸出恒定頻率的交流電。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率輸出進(jìn)行控制，成為提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。風(fēng)能利用系數(shù)由葉尖速比和槳距角決定。為了提高風(fēng)力機(jī)的效率，需要調(diào)PC節(jié)或以盡可能提高的值。由圖26可以看出，改變槳距角或葉尖速比都可以改變的值。當(dāng)槳距角PC為0時(shí)，隨著的增加，值在不斷變化，當(dāng)標(biāo)OPT81時(shí)達(dá)到最大值048。OPT為PC對(duì)應(yīng)槳距角下的最佳葉尖速比。當(dāng)大于或小于OPT時(shí)，都會(huì)偏離，引起機(jī)組PMAXP效率的下降。對(duì)于一臺(tái)確定的風(fēng)力機(jī)，在槳距角不變時(shí)總有一個(gè)對(duì)應(yīng)著最佳功率系數(shù)的最佳葉尖速比OPT，此時(shí)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)換效率最高（如圖26所示）。換而言之，對(duì)MAXPC于一個(gè)特定的風(fēng)速，風(fēng)力機(jī)只有運(yùn)行在一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速下才會(huì)有最高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。風(fēng)速不同時(shí)（），風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速功率輸出曲線，如圖27所示，風(fēng)12345VV機(jī)輸出最大功率點(diǎn)構(gòu)成了最大功率曲線。在最佳功率曲線上運(yùn)行的風(fēng)機(jī)將會(huì)輸出不同風(fēng)速下的最大輸出功率，其值OPTPMAXP是（223）3MAXKP其中，。2MAX3POTCRSK圖26風(fēng)能利用系數(shù)與葉尖速比的關(guān)系PC圖27風(fēng)機(jī)功率特性曲線從圖27中可以看出，在相同的風(fēng)速下，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同其輸出的功率也不相同，只有在風(fēng)速變化時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速使風(fēng)力機(jī)在最佳葉尖速比運(yùn)行，這樣風(fēng)力機(jī)就會(huì)沿著最佳功率曲線運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)能捕獲。OPTP風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下輸出的最大功率減去發(fā)電機(jī)的空載損耗，就得到了發(fā)電MAXP機(jī)的最大電磁功率，如下式所示（224）0MAXPE其中，為空載損耗，為電磁功率。0PEP發(fā)電機(jī)組輸出有功功率（225）11FECUE其中為發(fā)電機(jī)定子端輸出的有功功率，為定子銅耗；為定子鐵耗。1P1FEP依據(jù)最佳功率曲線來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)力機(jī)保持最佳葉尖速比運(yùn)行，這樣就捕獲了最大風(fēng)能，由上述兩式可得到發(fā)電機(jī)的有功功率指令。（226）10310MAXFECUFECUMKP控制發(fā)電機(jī)有功功率的輸出，就可以在不同風(fēng)速下捕獲對(duì)應(yīng)的最大的風(fēng)能。第三章直驅(qū)式并網(wǎng)系統(tǒng)中的變流部分研究31永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以用多極永磁發(fā)電機(jī)直接連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)，從而避免了增速齒輪箱帶來(lái)的諸多不利因素，這就是直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與非直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比最大的進(jìn)步就是省去了增速齒輪箱，這不僅節(jié)約了成本、降低了噪聲，而且還提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，這是風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的一大進(jìn)步。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示。永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)軸直接連接在風(fēng)輪上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)速的變化而變化，因而其交流電的頻率和幅值也隨之變化，經(jīng)過(guò)大功率的電力電子變流器，將頻率、幅值不定的交流電整流成直流電，再由逆變器變成與電網(wǎng)同頻同相的交流電輸出后并入電網(wǎng)。直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組相對(duì)于傳統(tǒng)的異步發(fā)電機(jī)組由于傳統(tǒng)系統(tǒng)部件的減少，提高了機(jī)組的可靠性，降低了噪聲和維護(hù)成本。因此，直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)逐漸代替了非直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)。圖31直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雖然直接驅(qū)動(dòng)與采用ACDCAC變流器相結(jié)合的變速恒頻方式有一定的優(yōu)勢(shì)，但是也存在以下缺點(diǎn)采用的多級(jí)低速永磁同步發(fā)電機(jī)，電機(jī)的直徑太大，制造成本高；隨著機(jī)組的容量的增大，給電機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造帶來(lái)很大的困難。永磁同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式主要有自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)和自同步并網(wǎng)兩種。自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的各相端電壓的瞬時(shí)值與電網(wǎng)對(duì)應(yīng)相電壓的瞬時(shí)值完全一致時(shí)稱為準(zhǔn)同步并網(wǎng)，在這種條件下，并網(wǎng)瞬間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，電網(wǎng)電壓不會(huì)下降，也不會(huì)對(duì)定子繞組和其他機(jī)械部件造成沖擊；同步發(fā)電機(jī)的起動(dòng)與并網(wǎng)過(guò)程如下當(dāng)發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給發(fā)電機(jī)輸入勵(lì)磁電流，通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)輸出的端電壓與電網(wǎng)電壓接近。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)電壓的幅值大致相同，并且斷路器兩端的電位差為零或者很小時(shí)，控制斷路器合閘并網(wǎng)；同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后通過(guò)自整步作用牽入同步，使發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)一致。自同步并網(wǎng)自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是合閘時(shí)沒有明顯的電流沖擊，缺點(diǎn)是控制與操作相對(duì)復(fù)雜。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)要求迅速將備用發(fā)電機(jī)投入使用，由于此時(shí)電網(wǎng)電壓和頻率出現(xiàn)不穩(wěn)定，故自動(dòng)準(zhǔn)同步法很難實(shí)現(xiàn)操作，這時(shí)往往采用自同步法實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。自同步并網(wǎng)的方法是，同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組先通過(guò)限流電阻短接，使發(fā)電機(jī)中無(wú)勵(lì)磁磁場(chǎng)，當(dāng)原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步轉(zhuǎn)速附近（差值小于5）時(shí)，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，再立刻給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，在定子、轉(zhuǎn)子之間的電勵(lì)磁作用下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)牽入同步；由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)勵(lì)磁電流，因而發(fā)電機(jī)定子繞組中不存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不需要對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓和相角進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，控制比較簡(jiǎn)單，并且從根本上排除不同步合閘的可能性。這種并網(wǎng)方法的缺點(diǎn)是合閘后有電流沖擊和電網(wǎng)電壓的短時(shí)下降的現(xiàn)象。32直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)中的各種變流電路在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，其變流技術(shù)種類繁多、方案靈活、代表了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)嶄新的發(fā)展方向。由于直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)不需要升速齒輪箱，節(jié)約了成本、降低了噪聲、提高了系統(tǒng)的效率，是未來(lái)發(fā)展的主要方向。并網(wǎng)的基本思路是通過(guò)整流環(huán)節(jié)將發(fā)電機(jī)輸出的交流電變成直流電，最后經(jīng)過(guò)逆變環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電并入電網(wǎng)。可以在中間環(huán)節(jié)通過(guò)控制系統(tǒng)的無(wú)功和有功，以實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的利用和最大功率的跟蹤。直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)的電力電子變流電路有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有不同的特點(diǎn)，它們的系統(tǒng)控制方法也不盡相同。不控整流晶閘管逆變器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖32所示，由于晶閘管逆變器的優(yōu)點(diǎn)是功率等級(jí)比較高、成本也比較低且可靠性也不錯(cuò)，關(guān)鍵是其技術(shù)比較成熟，所以在早期的系統(tǒng)中大多采用晶閘管變流技術(shù)。其缺點(diǎn)主要是工作時(shí)吸收了大量的無(wú)功功率，因此會(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流，所以必須對(duì)其進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。圖32不控整流晶閘管逆變器型不控整流直流側(cè)電壓變化的PWM電壓源型如圖33所示，該結(jié)構(gòu)的基本變流思路為首先經(jīng)過(guò)整流環(huán)節(jié)將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化成直流電，再由逆變器轉(zhuǎn)化成符合電網(wǎng)要求的交流電；該變流方案由于提高了開關(guān)頻率，從而減少了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。通過(guò)控制系統(tǒng)輸出的有功和無(wú)功，使其在最佳的葉尖速比狀態(tài)下工作，從而達(dá)到捕獲最大的風(fēng)能的目的。圖33不控整流直流側(cè)電壓變化的PWM電壓源型由于發(fā)電機(jī)輸出的交流電幅值和頻率都不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)不控整流后輸入給逆變器的直流電也是幅值也是變化的。為了使電網(wǎng)電壓的頻率和幅值恒定，可以通過(guò)調(diào)節(jié)PWM逆變器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)風(fēng)速比較低的時(shí)候，由于給逆變器輸入的電壓過(guò)低不能達(dá)到并網(wǎng)的要求，因此必須提高逆變器的調(diào)制深度，當(dāng)調(diào)制深度加深以后就會(huì)使逆變器的峰值過(guò)高、運(yùn)行的效率降低以及傳導(dǎo)損耗增大等。解決的方法是注入諧波或采用SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制）進(jìn)行控制。但是這兩種方法都不能徹底解決問題。不控整流直流側(cè)電壓穩(wěn)定的PWM的電壓源型該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖34所示，即在圖33的基礎(chǔ)上加一個(gè)DCDC（直流升壓）環(huán)節(jié)所得到的。通過(guò)這個(gè)升壓環(huán)節(jié)可以解決由于PWM逆變器輸入電壓過(guò)低所引起的PWM逆變器運(yùn)行特性差的缺點(diǎn)；BOOST的主要作用是升壓和穩(wěn)壓，同時(shí)在發(fā)電機(jī)的輸出側(cè)BOOST環(huán)節(jié)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行功率因數(shù)的校正。由于不控整流器是非線性的，其輸入側(cè)電流有嚴(yán)重的畸變，諧波含量也比較大等原因，從而使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩、因數(shù)降低。這種情況可以通過(guò)功率因數(shù)校正技術(shù)，來(lái)改變開關(guān)管的占空比，使發(fā)電機(jī)的電流保持正弦，并使與輸出的電壓同步。圖34不控整流直流側(cè)電壓穩(wěn)定的PWM的電壓源型從圖34可以看出，整個(gè)系統(tǒng)增加了一級(jí)BOOST電路將直流輸入電壓的等級(jí)提高。他的優(yōu)點(diǎn)是控制比較簡(jiǎn)單，開關(guān)利用效率也高。并且經(jīng)過(guò)逆變器輸出的電壓比較穩(wěn)定、諧波含量低、逆變效率好等優(yōu)點(diǎn)；在實(shí)際應(yīng)用中，大功率直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)多采用這種結(jié)構(gòu)。不控整流器電流源型該系統(tǒng)采用電流源逆變器，與電壓源逆變器相比，電流源逆變器具有四象限的運(yùn)行能力、系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、不存在擊穿故障等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是逆變器和負(fù)載之間相互影響比較多，并聯(lián)或者帶多個(gè)負(fù)載不容易實(shí)現(xiàn)以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。綜合效率、成本和暫態(tài)響應(yīng)，電壓源PWM逆變器更具有優(yōu)勢(shì)。電流源逆變器還處在實(shí)驗(yàn)室階段，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖38所示。圖35不控整流器電流源型33直驅(qū)式并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的變流方式目前適用于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的變流方案很多，一般將主電路分為電壓源型和電流源型。由于電壓源型逆變器在技術(shù)、成本以及控制等方面都比電流源型逆變器具有很大的優(yōu)勢(shì)，并且實(shí)際應(yīng)用的變流器以電壓源型居多，所以本文主要對(duì)電壓源逆變器進(jìn)行研究。目前比較主流的變流方案主要有以下三種類型雙PWM變流電路該電路采用PWM整流和PWM逆變的形式，即雙PWM變流電路。其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖36所示。圖36雙PWM變流主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從圖36中可以看出，在該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，整流和逆變都采用PWM調(diào)制方式。該電路可以實(shí)現(xiàn)能量向電網(wǎng)回饋，以及功率的雙向流動(dòng)；在整流環(huán)節(jié)，可以通過(guò)控制整流橋中各個(gè)功率器件，實(shí)現(xiàn)輸入電流正弦波；在逆變環(huán)節(jié)，可以通過(guò)對(duì)功率器件的控制實(shí)現(xiàn)輸出的電流相位與電網(wǎng)電壓相位保持一致，以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)接近于1的目標(biāo)。其缺點(diǎn)是這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電要高于并網(wǎng)電壓，所以在風(fēng)速比較低的情況下不能正常工作。不控整流升壓斬波PWM逆變型變流電路該電路在整流環(huán)節(jié)采用二極管不控整流，在中間直流環(huán)節(jié)采用升壓斬波以提高整流環(huán)節(jié)輸入的直流電，最后在逆變環(huán)節(jié)采用PWM逆變?nèi)鄻蚰孀儯詈蟛⑷腚娋W(wǎng)。該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖37所示。圖37不控整流升壓斬波PWM逆變型變流電路在這種變流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由于中間有升壓斬波的存在，所以對(duì)發(fā)電機(jī)輸出的電壓沒