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　　近年來世界風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅速，風(fēng)電裝機(jī)容量平均每年以高于20%的速度長(zhǎng)。截止到2002年底，全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量約為31128麗，其中我國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)468.42麗。目前，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組己逐漸取代600kW級(jí)的機(jī)組，成為國際上風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場(chǎng)的主力機(jī)型，風(fēng)電機(jī)組正向著大型化、變槳距和變速恒頻的方向不斷發(fā)展和完善。

　　雖然變速恒頻風(fēng)電機(jī)組與固定轉(zhuǎn)速的風(fēng)電機(jī)組相比在性能上有較大改善，但由于風(fēng)速變化的基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研宄發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2001AA512021-5）。

　　隨機(jī)性，變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)而言仍然是一種波動(dòng)的沖擊功率，因而必須對(duì)這種風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行特性進(jìn)行研究。變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)采用雙饋感應(yīng)電機(jī)，對(duì)它的穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行了研究，建立了基于與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型。因?yàn)殡p饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和定子側(cè)的無功功率都可以調(diào)節(jié)，所以轉(zhuǎn)速控制規(guī)律和無功功率控制規(guī)律對(duì)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)特性也有很大的影響。、介紹了轉(zhuǎn)速控制和無功功率控制的基本思想，其中轉(zhuǎn)速控制的目標(biāo)是使風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)最優(yōu)，而無功功率控制則根據(jù)其接入的電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式可以設(shè)定為功率因數(shù)恒定或端電壓恒定兩種控制方式。

　　風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功功率主要取決于風(fēng)速的大小，而無功功率則取決于風(fēng)電機(jī)組的無功控制方案。一般風(fēng)電場(chǎng)位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，當(dāng)無功功率控制的設(shè)定值達(dá)到風(fēng)電機(jī)組的無功功率極限時(shí)，一方面轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱將導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組停機(jī)，另一方面由于不能向系統(tǒng)中提供或吸收足夠的無功功率，將導(dǎo)致端電壓降低或升高，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓失穩(wěn)。因而研究變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的無功功率極限是很有必要的。對(duì)此問題進(jìn)行了一定的研究，但它只討論了發(fā)電機(jī)定子繞組中有功功率和無功功率的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行域問題，并沒有解決整個(gè)風(fēng)電機(jī)組注入系統(tǒng)的有功功率和無功功率的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行域問題。另外，該沒有考慮轉(zhuǎn)速控制規(guī)律的影響。

　　本文建立了變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，在此模型基礎(chǔ)上提出了計(jì)算無功功率極限的方法，該方法解決了風(fēng)電機(jī)組注入系統(tǒng)的有功功率和電網(wǎng)技術(shù)無功功率穩(wěn)態(tài)運(yùn)行域問題，并且考慮了轉(zhuǎn)速控制的影響。

　　2變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型2.1風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率變速恒頻風(fēng)電機(jī)組采用雙饋感應(yīng)電機(jī)，與固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組相比，加了定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間的變頻裝置，其基本結(jié)構(gòu)如所示。

　　風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率可以表示為空氣動(dòng)能中轉(zhuǎn)換的機(jī)械能所占的比例，是槳距角和葉尖速比又的函數(shù)（2=，尺是葉片半徑，是風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速）；A為葉片掃風(fēng)面積；p為空氣密度；v為風(fēng)速。發(fā)電機(jī)模型雙饋感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等值電路如所示。

　　據(jù)可列出雙饋感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型Us定子側(cè)功率為轉(zhuǎn)子側(cè)功率為時(shí)有力機(jī)參數(shù)決定的；opt是由風(fēng)力機(jī)葉片參數(shù)決定的系數(shù)，它可以保持風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)最優(yōu)；me為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速下限；max為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速上限；埤為發(fā)電機(jī)同步速對(duì)應(yīng)的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　3變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的無功功率范圍bookmark3 P=198kW；P2=576kW；P3=656kW.表1算例變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)功率特性風(fēng)電機(jī)組注入系統(tǒng)的有功功率為定子繞組的有功功率和轉(zhuǎn)子繞組的有功功率之和。在次同步速運(yùn)行方式下，轉(zhuǎn)子繞組吸收有功；超同步速運(yùn)行方式下，轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出有功。轉(zhuǎn)子繞組的有功功率可以由式（8）求得。

　　定子側(cè)有功功率和無功功率運(yùn)行范圍受定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組和變流器轉(zhuǎn)子側(cè)的電流限制影響，但其中起主要作用的是變流器轉(zhuǎn)子側(cè)的電流限制，可以表示為風(fēng)電機(jī)組注入系統(tǒng)有功功率變化時(shí)，其無功功率極限變化曲線如所示�？梢钥闯觯�該曲線不是規(guī)則曲線，這是因?yàn)楫?dāng)風(fēng)電機(jī)組注入系統(tǒng)有功功率Pe變化時(shí)，轉(zhuǎn)差率s將按照所示的控制規(guī)律變化，則式（10）中第1個(gè)方程的參數(shù)將隨之變化，導(dǎo)致曲線發(fā)生不規(guī)則變化。圖中，位于上半平面的曲線表示風(fēng)電機(jī)組發(fā)出無功功率的極限，下半平面的曲線表示吸收無功功率的極限。

　　當(dāng)風(fēng)電機(jī)組端電壓變化時(shí)，它的無功功率極限也隨之變化。機(jī)端電壓越高，它發(fā)出的無功功率極限越低，可以吸收的無功功率極限越大。

　　額定電流的150°%.將式（6）分別代入式（8）和式（9），可得式（10）為一空間曲面方程，其在Pe-Qe平面的投影就是變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的無功功率限制范圍。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的有功功率Pe在0化時(shí)，相應(yīng)的無功功率極限可以由式（10）求得。

　　選取額定功率為800kW的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組，壓為690V；額定功率因數(shù)為-0.98.它的風(fēng)功率特性示于表1.發(fā)電機(jī)調(diào)速范圍為-30%至+22%.其轉(zhuǎn)速控制規(guī)律如所示，其中=0.7叫；5結(jié)論根據(jù)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和工作原理，本文建立了變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并提出了一種計(jì)算變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的無功功率極限的方法，該方法能夠計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組注入系統(tǒng)的有功功率和無功功率運(yùn)行范圍。應(yīng)用本文提出的方法對(duì)一臺(tái)800kW的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果表明：變速恒頻風(fēng)電機(jī)組定子側(cè)無功功率可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍隨定子側(cè)有功功率而變化，并受風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子側(cè)功率變化情況的影響；在考慮了風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制以后，其穩(wěn)態(tài)功率運(yùn)行范圍邊界是一簇隨機(jī)端電壓變化的不規(guī)則曲線。

　　該方法可用于確定變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的無功功率控制整定值。另外，在電力系統(tǒng)潮流計(jì)算中，可以將變速恒頻風(fēng)電機(jī)組處理為PV節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用該方法能確定變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的無功功率極限。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的無功功率超過無功功率極限時(shí)，其節(jié)點(diǎn)屬性將從PV節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為PQ節(jié)點(diǎn)。