大型風電場及風電機組的控制系統

   （1） 雙饋電機的工作特性 
    雙饋電機的結構類似于繞線式感應電機，定子繞組也由具有固定頻率的對稱三相電源激勵，所不同的是轉子繞組具有可調節頻率的三相電源激勵，一般采用交-交變頻器或交-直-交變頻器供以低頻電流。
    當雙饋電機定子對稱三相繞組由頻率為f1（f1=P?n1/60）的三相電源供電時，由于電機轉子的轉速n＝（l-s）n1（s為轉差率，n1為氣隙中基波旋轉磁場的同步速率）。為了實現穩定的機電能量轉換，定子磁場與轉子磁場應保持相對靜止，即應滿足:
    ωR＝ω1-ω2
    其中:ωR是轉子旋轉角頻率;  

    ω1是定子電流形成的旋轉磁場的角頻率;
    ω2是轉子電流形成的旋轉磁場的角頻率。
    由此可得轉子供電頻率f2＝S?f1，此時定轉子旋轉磁場均以同步速n1旋轉，兩者保持相對靜止。
    與同步電機相比，雙饋電機勵磁可調量有三個:一是與同步電機一樣，可以調節勵磁電流的幅值;二是可以改變勵磁電流的頻率；三是可以改變勵磁電流的相位。通過改變勵磁頻率，可調節轉速。這樣在負荷突然變化時，迅速改變電機的轉速，充分利用轉子的動能，釋放和吸收負荷，對電網的擾動遠比常規電機小。另外，通過調節轉子勵磁電流的幅值和相位，可達到調節有功功率和無功功率的目的。而同步電機的可調量只有一個，即勵磁電流的幅值，所以調節同步電機的勵磁一般只能對無功功率進行補償。與之不同的是雙饋電機的勵磁除了可以調節電流幅值外，亦可以調節其相位，當轉子電流的相位改變時，由轉子電流產生的轉子磁場在氣隙空間的位置就產生一個位移，改變了雙饋電機電勢與電網電壓向量的相對位置，也就改變了電機的功率角。所以雙饋電機不僅可調節無功功率，也可調節有功功率。一般來說，當電機吸收電網的無功功率時，往往功率角變大，使電機的穩定性下降。而雙饋電機卻可通過調節勵磁電流的相位，減小機組的功率角，使機組運行的穩定性提高，從而可多吸收無功功率，克服由于晚間負荷下降，電網電壓過高的困難。與之相比，異步發電機卻因需從電網吸收無功的勵磁電流，與電網并列運行后，造成電網的功率因數變壞。所以雙饋電機較同步電機和異步電機都有著更加優越的運行性能。
    （2） 風力發電中雙饋電機的控制
    在風力發電中，由于風速變幻莫測，使對其的利用存在一定的困難。所以改善風力發電技術，提高風力發電機組的效率，最充分地利用風能資源，有著十分重要的意義。任何一個風力發電機組都包括作為原動機的風力機和將機械能轉變為電能的發電機。其中，作為原動機的風力機，其效率在很大程度上決定了整個風力發電機組的效率，而風力機的效率又在很大程度上取決于其負荷是否處于最佳狀態。不管一個風力機是如何精細地設計和施工建造，若它處于過載或久載的狀態下，都會損失其效率。從風力機的氣動曲線可以看出，存在一個最佳周速比λ，對應一個最佳的效率。所以風力發電機的最佳控制是維持最佳周速比λ。另外，由于要考慮電網對有功功率和無功功率的要求，所以風力機最佳工況時的轉速應由其氣動曲線及電網的功率指令綜合得出。也就是說，風力發電機的轉速隨風速及負荷的變化應及時作出相應的調整，依靠轉子動能的變化，吸收或釋放功率，減少對電網的擾動。通過變頻器控制器對逆變電路中功率器件的控制。可以改變雙饋發電機轉子勵磁電流的幅值、頻率及相位角，達到調節其轉速、有功功率和無功功率的目的，既提高了機組的效率，又對電網起到穩頻、穩壓的作用。圖2是按這種控制思路得出的風力發電雙饋電機控制系統框圖。
    整個控制系統可分為三個單元:轉速調整單元、有功功率調整單元、電壓調整單元（無功功率調整）。它們分別接受風速和轉速、有功功率、無功功率指令，并產生一個綜合信號，送給勵磁控制裝置，改變勵磁電流的幅值、頻率與相位角，以滿足系統的要求。由于雙饋電機既可調節有功功率，又可調節無功功率，有風時，機組并網發電;無風時，也可作抑制電網頻率和電壓波動的補償裝置。
    （3） 雙饋風力發電機組應用前景廣闊