并網型風力發電機組的運行方式

10kW以上的風力發電機組采用并網型風力發電機組，并網型風力發電機組的運行方式有兩種：恒速恒頻方式和變速恒頻方式。

1、恒速恒頻方式

恒速恒頻方式的特點是風力發電機組的轉速保持恒定，不隨風速的大小而變化，輸出恒幅恒頻的交流電。由于有簡單可靠的優點，恒速恒頻方式在早期得到廣泛的應用。它的缺點是對風力的利用不充分，只有在一定的葉尖速比的情況下，才能得到最高的風能利用率。

恒速恒頻發電系統的原理框圖如圖2所示。葉片將風能轉換為機械能，通過變速齒輪帶動異步發電機轉動。當轉速略大于同步轉速，轉差率s和轉矩te變負，電動機處于發電狀態。當風速變化時，利用調向機構來控制轉速。

凋向機構的作用是調整風力機的風輪葉片旋轉平面與空氣流動方向的相對位置。當風輪葉片旋轉平面迎對空氣流動的方向，即兩者相互垂直時，風力機獲得的風能最大，風輪葉片轉速最大，風力發電機的輸出功率最大。在中小型風電場中，采用伺服電動機驅動齒輪傳動裝置來完成調向，而伺服電動機的轉動信號來自風信標。風信標給出正負信號，伺服電動機便正反轉，所以調向機構可以兩個方向調向。由于風速不斷變化，需要不問斷地調向，調向機構多次反復動作，極容易疲勞損壞。再者，當大風速時，仍要保持恒速，風力機需要承受大的機械應力，要求具有高強度。恒速恒頻發電系統適用于1000千瓦以下的中小型風電場。

2、變速恒頻方式

與恒速恒頻方式不同，變速恒頻方式是采用同步發電機或雙饋發電機（也叫繞線異步發電機），當風速變化較小時，與恒速恒頻方式一樣，通過調向機構調節轉速。當強風來到時，通過傾角控制器調節風輪葉片的傾角達到調節轉速的目的。在低風速時利用調向機構調節轉速，在高風速時利用傾角控制器調節轉速，兩個轉速調節裝置交替應用，相對來說，減少了調向機構和傾角控制器使用次數，動作次數的減少也就是延長了使用壽命。

發電機輸出的交流電經過交一直一交變頻器，得到50Hz、220V的交流電并入電網。根據并人電網的方式的不同，變速恒頻發電系統又分為采用同步發電機的直接在線發電系統和采用雙饋發電機的雙饋發電系統。兩者的原理框圖分別表示在圖3和圖4中。

在圖3中，同步發電機輸出的交流電，其幅值和頻率與風力機的轉速有關，經IGBT單象限電壓源型交—直—交變頻器變換成與電網同幅、同頻的交流電，與電網并網。其中，交—直變換可以采用不可控橋式整流器，后接多級Boost電路交錯并聯以求得功率傳輸能力，并降低開關頻率。同步發電機的直接在線發電系統的最大優點是風力機與發電機直接耦合，省去了齒輪變速箱，降低了運行噪聲，提高了系統可靠性。若將不可控橋式整流器用PWM整流器代替，可以避免不可控橋式整流器存在的整流器輸出側電流嚴重畸變現象，得到恒定的直流輸出。此時，可以采用Boost型PWM整流器，具有整流和升壓雙重功能。

在圖4中，雙饋發電機（線繞異步發電機）的定子直接與電網相連，而轉子經IGBT四象限電壓源型交—直—交變頻器與電網相連。當轉速高于同步速時，轉差率s《0，轉差功率由交—直—交變頻器流出，與定子送往電網的功率相加，即送往電網的總功率要大于定子功率。而當轉速低于同步速時，轉差率s》0，轉差功率由電網經交—直—交變頻器送往轉子，電網得到的功率為定子功率與轉差功率之差，電網得到的功率要小于定子功率。

由此可見，交—直—交變頻器應具有雙向功率傳輸功能，必須是四象限雙PWM變頻器，即由兩套IGBT變換器組成。與采用同步發電機的直接在線發電系統不同，在交—直—交變頻器中只流過轉差功率，可以選用小容量的變頻器，通常選取其容量為發電機總功率的25%（相對于轉速變化范圍為土33%）。這樣，降低了交—直—交變頻器投資。但是由于采用雙饋發電機，要比永磁發電機重，效率低。由于采用同步發電機的直接在線發電系統和采用雙饋發電機的雙饋發電系統有各自的優缺點，在風力發電系統中都有應用。