854 小型風(fēng)力發(fā)電機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

854 小型風(fēng)力發(fā)電機總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計,小型,風(fēng)力發(fā)電機,總體,整體,結(jié)構(gòu),設(shè)計 22風(fēng)力發(fā)電中的自我激勵與諧波1．介紹傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機通常安裝的是感應(yīng)發(fā)電機，因為它廉價，耐用，而且只需要很少的維護。然而，電感應(yīng)發(fā)電機需要的無功功率通常通過電容器補償來得到。因為輸出功率各不相同，所以電容補償必須隨之調(diào)整。風(fēng)力發(fā)電機組的電力網(wǎng)絡(luò)中，相互的電容補償作用是導(dǎo)致輸出電流中產(chǎn)生自我激勵和高次諧波的一個重要原因。這篇文章探討產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，并對如何控制或消除這些現(xiàn)象提出一些方法。現(xiàn)在大部份風(fēng)力發(fā)電機的性能是非?？煽康?，并且維修簡單，費用低。一臺感應(yīng)發(fā)電機在正常工作期間始終需要得到無功功率。使用最普遍的無功功率補償是電容器補償，因為它是靜態(tài)的, 而且成本低。不同型號的電容器可以提供不同的電容補償。雖然無功的動力補償可能對風(fēng)輪機總的操作有利，但是我們必須確保補償是恰當(dāng)?shù)?，并且不影響控制。自我激勵和諧波是電容器補償?shù)膬蓚€重要部分也是這篇文章的主題。2．動力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)描述如圖1所示描述的這個系統(tǒng)。動力系統(tǒng)的部件分析包括如下內(nèi)容：? 連接風(fēng)機各部分的總線和輸入線路。? 一臺安裝在襯墊上的變壓器? 連結(jié)在變壓器低電壓的電容器? 一臺電感應(yīng)發(fā)電機圖 1. 系統(tǒng)各部件圖對于自我激勵，我們關(guān)注的是在渦輪上的電容補償。對于諧波分析，我們用圖表來表示整個網(wǎng)絡(luò)。3．自我激勵3.1感應(yīng)發(fā)電機的自我激勵。 自激是在感應(yīng)發(fā)電機和電容器補償之中負電荷和磁性浸透交互作用的一個結(jié)果。自我激勵過程這部分是在一臺離柵欄的電感應(yīng)發(fā)電機里進行研究的，知道極限和自激操作的邊界將會幫助我們?nèi)ダ没蛘弑苊庾约ぁＴ诠潭ㄋ俣鹊娘L(fēng)輪機中應(yīng)用最普遍的是固定電容器無功的動力補償方法。只有一臺電感應(yīng)發(fā)電機是不能得到它自己需要的無功動力的，它要求來自電網(wǎng)正常操作的無功動力，并且柵欄口接電感應(yīng)發(fā)電機的電壓和頻率。安全是自我激勵的一個潛在問題。因為發(fā)電機可以產(chǎn)生電壓，它可能傷害檢查或者修理這臺發(fā)電機的人員。另一個潛在的問題是發(fā)電機的工作電壓和頻率可能變化。因此，在自我激勵期間連接在發(fā)電機上的易損設(shè)備可能在過高或過低的電壓和頻率下被損壞。盡管這是自我激勵23過程中電感應(yīng)發(fā)電機的缺點，然而一些人把這種方式應(yīng)用于動態(tài)的剎車系統(tǒng)中，幫助在柵欄損失的緊急情況時控制轉(zhuǎn)子速度。因此，適當(dāng)?shù)倪x擇電容和電阻器可以在柵欄損失和機械剎車故障期間控制風(fēng)輪機速度。3.2 穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)。穩(wěn)態(tài)分析中關(guān)鍵是理解哪些條件對自我激勵有增強或削弱作用。如上面解釋的那樣，自我激勵可能是一件好事情也可能是一件壞事情，這取決于我們遇到什么樣的形勢。圖2為一個電容器補償電感應(yīng)發(fā)電機。如上所述，自我激勵操作要求必須保持完全的無功平衡。+ + =0 （1）SY'M'R=電容器節(jié)點的有效輸入SY=磁化部分的有效輸入'M=轉(zhuǎn)子節(jié)點的有效輸入'R方程式1的實部和虛步可以被擴展為方程式2 和3。（2）圖2.自我激勵方式下的等效電路24圖3. 典型的磁化特性（3）=阻抗SR=滲漏電感L=轉(zhuǎn)子阻抗'=轉(zhuǎn)子滲漏電感'R= 阻抗'MS =操作損失=操作頻率?=終端負載電阻LC =電容器補償25自我激勵的一個重要方面是電感應(yīng)發(fā)電機的磁化特性。圖3所示為一臺典型的勵磁電感發(fā)電機和輸出電流之間的關(guān)系；這圖由實驗得來反映了發(fā)電機的特性。圖5為電感應(yīng)發(fā)電機的終端電壓受電容和負載電阻變化的影響而變化的示意圖。如圖5所示，負載電阻不影響終端電壓， 特別是在發(fā)電機轉(zhuǎn)速很高時，但是電容對發(fā)電機的輸出電壓有顯著影響。一個大的電容在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生較少的電容變化，而較小的電容在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程會產(chǎn)生很大的電容變化。如圖6 所示，對規(guī)定的電容來說，改變負載電阻的有效值能調(diào)節(jié)力矩速度。自我激勵這個概念可以被利用在渦輪機上，如上所述，當(dāng)它失去對柵欄連接時可以提供動態(tài)剎車從而防止飛車現(xiàn)象發(fā)生。只要正確選擇電容和負載電阻使其與渦輪機輸出電源相匹配，就能在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)來調(diào)節(jié)阻抗。3.3 動態(tài)反應(yīng)。這部分可以在自我激勵過程中檢查瞬時的變化。對于這次模擬來說我們選擇 3.8 毫法電容和 1.0 歐的負載電阻。驅(qū)動力矩的常量被調(diào)整為 4500 納米。但是，空氣動力學(xué)的風(fēng)輪機特性控制系統(tǒng)不包括在這個模擬中，我們關(guān)注的是自我激勵的過程。因此，我們重視方程式電的方面。圖 7 顯示連續(xù)時間內(nèi)轉(zhuǎn)子速度和輸出功率的關(guān)系。在這種情況下，電感應(yīng)發(fā)電機由靜止啟動，速度逐漸增加，直到達到它自身的額定速度。最初連接?xùn)艡谠陂_始的 t = 3.1 秒 s，柵欄被斷開，電感應(yīng)發(fā)電機進入自我激勵方式。在 t = 6.375 s 時，發(fā)電機被再接通到柵欄，終止自我激勵。在自我激勵期間轉(zhuǎn)子速度逐漸增加，但是，最后發(fā)電機力矩達到 4500 牛米，并且轉(zhuǎn)子速度變?yōu)榉€(wěn)定。當(dāng)發(fā)電機沒有同步而被再接通到柵欄時，在發(fā)電機的力矩會突然發(fā)生簡短的瞬間變化。這種情況一旦發(fā)生，轉(zhuǎn)子速度會與柵欄之前有相同的速度。圖 8(a)顯示每個時期電壓的狀況。它顯示最初電壓與被連結(jié)柵欄后的電壓相同。如圖 7 所示，在自我激勵方式下 3.1 s0，Q>0。 (c)圖解法表示p>0，Q 0 ，q 0， q > 0時 ， < 。'MESV'MESV文章來自：北京信息科技大學(xué)校園網(wǎng)-圖書館藏- 電子期刊-美國機械工程師學(xué)會電子期刊全文數(shù)據(jù)庫作者和文獻出處：E. Muljadi ， C. P. ButterfieldNational Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado 80401H. RomanowitzOak Creek Energy Systems Inc.,Mojave, California 93501R. YingerSouthern California Edison,Rosemead, California 91770