電容器自激風力異步發電機的穩態研究

    世界上第一臺現代化的風力發電機問世一百年來，隨著能源形勢的變化和人們對各種能源發電方式優缺點的認識與重視程度的變化、以及當時的技術條件的限制，風力發電事業的發展時快時慢，總的趨勢是不斷前進的。目前國外200kW以下的風力機組已取得了數年成功運行的經驗。歐美等國政府資助的風電研究項目正在規劃單機容量兆瓦級的大風力田和常規電網并聯。展現出風力發電的美好前景。已經、生產的百千瓦和兆瓦級的風力機組，一般采用同步發電機，因為同步發電機有一系列的優點。我們知道，異步機也可用來發電，它比同步機結構簡單、堅固，容易維護，造價低，用作幾千瓦乃至數十千瓦的風力發電機，很有吸引力。近幾年國外加強了風力異步發電機運行方式的研究，概括起來有以下幾種：            
    1．對風力機轉速進行優化控制，以獲得盡可能多的風能。機端調壓后整流、逆變，得到恒壓1亙頻的交流電，再并網或直接供電。       
    2．中、小型異步風力機組的槳葉不加任何機械控制，變頻變壓發電。這種電能可按低電價供給熱負荷用，取出一部份功率經穩壓，整流、逆變，按高電價供電。            
    3．小型異步風力發電機和柴油同步發電機或同步補償機并聯供電。
    4．小型風力發電機單機運行，機端有激磁電容器，一般還有儲能設備。               
    以上幾種方案中，都必需供給異步電機落后的無功功率，具體方法不同，規律是一樣的。這是異步發電機的一個主要缺點，也是防礙它使用、推廣的重要原因。這個無功功率又稱激磁功率。隨著轉速、輸出功率的變化、激磁功率也要作相應調節，才能維持機端電壓。否則，機端電壓會大幅度下降，甚至失去電壓。               
    本文以第四種情況為例，在異步電機等值電路的基礎上分析諸量之間的關系，并用牛頓一拉夫遜法計算出它們的數值，為機端電壓控制提供依據。我們在電機實驗室中用一臺并激直流電動機驅動一臺5HP的異步機作了空載、負載實驗，對比了計算結果和實驗結果。另外，對該異步發電機穩壓措施作了初步的研究和實驗。            
    二、理論分析與計算               
    異步機發電要具備兩個基本條件，一是適量的剩磁，二是提供激磁無功功率。前者一般異步機都具備，萬一失磁，可用蓄電池充磁等辦法重新得到剩磁。第二個條件相對復雜一些。異步機并網發電，可從電網取得無功功率。若單機運行，只能由機端并聯電容器提供落后的無功功率。根據異步機空載曲線可知，建立穩定機端電壓的臨界電容值(圖1)