2019年11月22—23日，第四屆中國(guó)風(fēng)電電氣裝備與微電網(wǎng)技術(shù)高峰論壇暨中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)力發(fā)電電器設(shè)備分會(huì)二屆四次年會(huì)于江蘇蘇州召開，本次會(huì)議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網(wǎng)”。中山大學(xué)電機(jī)系（臺(tái)灣高雄）教授陳遵立在會(huì)上為大家?guī)砹祟}為《直接并網(wǎng)型勵(lì)磁式同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)》的精彩演講。
以下為演講實(shí)錄：
很高興能夠在這里為各位專家介紹我們提出的風(fēng)力發(fā)電的方式。我的題目是《直接并網(wǎng)型勵(lì)磁式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)》
它是傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，因?yàn)轱L(fēng)不太穩(wěn)，所以沒有辦法讓勵(lì)慈式同步發(fā)電機(jī)一直穩(wěn)定在同一個(gè)速度。因?yàn)閯?lì)磁式同步發(fā)電機(jī)是傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，它有很大的優(yōu)點(diǎn)，我們?yōu)榱丝蛻暨@個(gè)轉(zhuǎn)軸不能恒速的問題，我們后面創(chuàng)了一個(gè)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)有很多功能，第一個(gè)可以維持傳動(dòng)軸在恒速，就是和電網(wǎng)同頻、同向，另外扮演功率的Buffer（音）另外扮演功率的感測(cè)器。之前傳動(dòng)軸沒辦法控制到一個(gè)風(fēng)穩(wěn)不穩(wěn)，沒辦法讓整個(gè)軸維持恒速，所以發(fā)展直驅(qū)的永磁式發(fā)電機(jī)。
如果我們能夠克服這個(gè)問題，這樣的系統(tǒng)有什么樣的優(yōu)點(diǎn)？剛才一直談電網(wǎng)，早上談到主軸傳動(dòng)軸的問題，如果傳動(dòng)軸是維持在恒速的話，其實(shí)對(duì)于傳動(dòng)軸的壽命和穩(wěn)定有很大的幫助。另外勵(lì)磁式同步機(jī)很容易高壓，本身就是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，可能出是25KV或者是33KV，有電力電子的話像永磁很可能是695或者是1100多，一下子33KV是它的幾十，所以它的整個(gè)體積、壽命都有很大的優(yōu)勢(shì)。從早上講的傳動(dòng)軸，并網(wǎng)的穩(wěn)定度，這個(gè)很容易高壓。
接下來就對(duì)這個(gè)系統(tǒng)怎么運(yùn)作做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，因?yàn)槲覀冞@個(gè)系統(tǒng)也花了十幾年了，從提出來到現(xiàn)在大概有十一二年了，因?yàn)樗且粋€(gè)新的東西，所以對(duì)于所有的電路和系統(tǒng)都是自己設(shè)計(jì)的，所以花了很多時(shí)間在這個(gè)系統(tǒng)。比如最大功率追蹤比如啟動(dòng)切力、還有并網(wǎng)前做定電壓的控制策略，我怎么做鎖頻、鎖相以及并網(wǎng)后功因修正控制策略，還有低電壓穿越及孤島效應(yīng)，另外一個(gè)我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)遠(yuǎn)端的監(jiān)控也做了一些探討，發(fā)電機(jī)之回路和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定度控制，早上講傳動(dòng)軸，那傳動(dòng)軸如果以穩(wěn)定的恒速來運(yùn)作對(duì)于傳動(dòng)軸的壽命各方面都有幫助，第十點(diǎn)就是電網(wǎng)的穩(wěn)定度，這是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定度也一些幫助，相關(guān)葉片，因?yàn)槲覀兊墓ぷ魇呛闼伲椭皟蓚€(gè)不太一樣，等一下會(huì)說明，我們對(duì)這三個(gè)系統(tǒng)做一個(gè)比較，直接并網(wǎng)型勵(lì)磁式還有永磁式到底有什么不一樣，我們會(huì)做一下比較。
做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
這是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室做的。這是整個(gè)工作的狀態(tài)，第一個(gè)階段做啟動(dòng)、下面這一條是做馬達(dá)的功率，這一段做定電壓控制，馬達(dá)輔助系統(tǒng)穩(wěn)壓，第四個(gè)區(qū)域鎖相了以后并路電網(wǎng)，并路電網(wǎng)以后還是維持出功率。
做追蹤控制策略。用了一個(gè)很巧妙的地方馬達(dá)出多少力，我把馬達(dá)回收回去給勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)，比如現(xiàn)在馬達(dá)出一點(diǎn)力，因?yàn)槟芰恳胶猓@里有風(fēng)力，然后馬達(dá)的功率然后還有發(fā)電機(jī)的率。有一個(gè)控制回路，馬達(dá)輸出的功率回磁里，怎么讓它回磁里？回收回去給發(fā)電機(jī)的功率，那么發(fā)電機(jī)花多一點(diǎn)力或者輕一點(diǎn)，功率發(fā)多一點(diǎn)或者少一點(diǎn)，來維持這套功率的追蹤，馬達(dá)幾乎不用處理。風(fēng)在變化的時(shí)候，風(fēng)力比較大，發(fā)電機(jī)花的力就比較多。
這是啟動(dòng)控制的策略。這些細(xì)節(jié)如果有興趣的話再跟我交流，我也是在所有階段當(dāng)中都不需要馬達(dá)出力。下班還是馬達(dá)的power幾乎是不出功的。
并網(wǎng)之前先定電壓。
怎么去并網(wǎng)？我們要控制馬達(dá)，讓它傳動(dòng)軸的頻率和相位跟電網(wǎng)一樣，其實(shí)是有一點(diǎn)難度，就是怎么讓發(fā)電機(jī)的相位頻率同步是有一定的難度。當(dāng)然我們?cè)谶@里也花了很多時(shí)間，這是一些細(xì)節(jié)，有時(shí)間再來互動(dòng)，就是在這里怎么控制傳動(dòng)軸的頻率和相位。實(shí)驗(yàn)出來之后，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速非常穩(wěn)。這樣對(duì)傳動(dòng)軸是穩(wěn)的，對(duì)于主軸各方面，一個(gè)車很穩(wěn)的對(duì)于整個(gè)機(jī)構(gòu)里講甚至于對(duì)于塔架來講都是很大的優(yōu)點(diǎn)。
這是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定度，也是要控制發(fā)電機(jī)的相位和電網(wǎng)一樣，有一些細(xì)節(jié)有時(shí)間再來互動(dòng)。
孤島效應(yīng)，低電壓穿越的話，在系統(tǒng)就是要穿電阻，在不同的風(fēng)機(jī)功率和電壓在不同的PU情況下，選用不同的電阻值完成這個(gè)低電壓穿越功能，所以未來的低電壓穿越要增加很多的成本的。
實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。我們?cè)赪indows下有Studio平臺(tái)，手機(jī)也裝有StudioJava的平臺(tái)，用TI的晶片，程序都自己寫，遠(yuǎn)端有手機(jī)的監(jiān)控，還有大數(shù)據(jù)所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都可以裝進(jìn)來。這是我們完成的一些監(jiān)控的畫面，在這里60赫茲的信號(hào)瞬間抓進(jìn)來的信號(hào)是非常多的，我可以遠(yuǎn)端來觀察現(xiàn)在并網(wǎng)的。有的時(shí)候你要傳輸?shù)臅r(shí)候必須看到并網(wǎng)的效率還有功率，我們都可以馬上傳到電腦，甚至可以傳到手機(jī)，我們都可以做到手機(jī)監(jiān)控。所有數(shù)據(jù)抓進(jìn)來之后，這個(gè)是從啟動(dòng)到結(jié)束的時(shí)間，每一段時(shí)間都可以來做相關(guān)的分析。大數(shù)據(jù)分析，這是手機(jī)部分，遠(yuǎn)端就可以監(jiān)控風(fēng)機(jī)。
剛才講發(fā)電機(jī)控制回路傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定度控制。整個(gè)控制是很重要的，因?yàn)樗刂坪闼伲L(fēng)進(jìn)來要發(fā)出去的話，有馬達(dá)控制它的轉(zhuǎn)速和相位，然后功率用勵(lì)磁式的發(fā)電機(jī)，功率回路有發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁場(chǎng)控制，頻率相位由馬達(dá)控制，這樣控制起來會(huì)很穩(wěn)定。永磁同步就不一樣了，一樣要把能量抓進(jìn)來，可是它又要控制它的轉(zhuǎn)速，風(fēng)又在變，那你抽出的功率又要維持恒速或者是變速的話，只有控制一個(gè)輸入然后完成兩個(gè)輸出的目的，沒辦法完成很好的情況速度就會(huì)變，風(fēng)的功率和你抽出來的功率不一樣的時(shí)候，功率在哪里？加減速或者是傳動(dòng)軸的加減速，所以就會(huì)造成振動(dòng)、噪音，所以傳動(dòng)軸的壽命就會(huì)變短。我的系統(tǒng)不是，也是直接并網(wǎng)，可是直接并網(wǎng)也要看到輸出的功率，剛才講能量要守恒，進(jìn)來的風(fēng)的功率那你出去的功率，雙控制它的轉(zhuǎn)子，可是控制精準(zhǔn)會(huì)很困難，有一點(diǎn)像異步馬達(dá)，異步馬達(dá)控制很準(zhǔn)確的速率是很困難，因?yàn)橛幸粋€(gè)滑擦，那就控制不準(zhǔn)，控制不準(zhǔn)的時(shí)候會(huì)怎么樣？傳動(dòng)軸就會(huì)振動(dòng)、噪音，輸出的電力品質(zhì)就不好。所以它們都有它們的缺點(diǎn)。我剛才講控制得很容易，所以我的傳動(dòng)軸也有很大的優(yōu)勢(shì)。
電網(wǎng)穩(wěn)定度的分析。因?yàn)槲抑岸贾皇窃谧约旱南到y(tǒng)，比較少接觸電網(wǎng)，我自己聽一聽電網(wǎng)，他們都認(rèn)為傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定度控制非常好，而我們這個(gè)剛好是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)。剛才講還有一個(gè)電壓、電流，電力電子需要很多電力電桿去濾波的時(shí)候，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)是有很不好的影響，有滑擦又有相位還要濾波，整個(gè)振蕩會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定度很不好。所以傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)力度是非常好的。
另外談了很多的工具，你要做這個(gè)東西，到了額定的時(shí)候控制葉片的角度，你在控制轉(zhuǎn)速的時(shí)候你要付出代價(jià)，你這個(gè)風(fēng)機(jī)有最大動(dòng)力，發(fā)電機(jī)也有最佳工作的點(diǎn)，葉片有最佳工作的點(diǎn)，我的發(fā)電機(jī)也有最佳工作，所以你的速度在變的時(shí)候，永磁為什么有損失，因?yàn)樗退伲退俚脑捫视植睿R達(dá)低速的話電壓低，電流就會(huì)很大，所以它有它的缺點(diǎn)。第一個(gè)就是當(dāng)風(fēng)速過載時(shí)，可以變螺距的裝置將葉片變槳距至順槳的位置，達(dá)到減速或者剎車的功能。之前兩個(gè)雙饋和永磁控制速度，葉片的角度不一樣。永磁可以看到它的速度一直變，這是雙饋式的。
所以永磁在葉片方面可以適當(dāng)?shù)乜刂啤Ａ硗怙L(fēng)機(jī)的額定到底設(shè)置在哪里？塔架、發(fā)電機(jī)、葉片，到底哪個(gè)限制住呢？這三個(gè)東西哪一個(gè)是瓶頸呢？前面兩個(gè)應(yīng)該都是發(fā)電機(jī)。勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)因?yàn)楦邏海某杀竞艿汀Ｋ詫?duì)于整個(gè)系統(tǒng)來講，對(duì)于塔架和傳動(dòng)軸都有很大的好處。剛才也提到永磁的有一些缺點(diǎn)。
由于時(shí)間關(guān)系，我就介紹到這里，如果有興趣的我們可以再進(jìn)一步互動(dòng)，歡迎有興趣的可以再跟我交流，謝謝大家。
（內(nèi)容來自現(xiàn)場(chǎng)速記，未經(jīng)本人審核）
