并网型异步风力发电机的控制研究
感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。铁心是电机中磁路的组成部分并能够放置定子绕组。铁心由0.5mm的硅钢片叠成，这样可以减少旋转磁场在铁心中引起的损耗，为了放置定子绕组，铁心还设计了很多槽。
定子绕组主要用来感应电动势，是电机的电路部分，通过电流来完成机电转换。定子绕组的槽内有单层和双层两种布置方式。
机座主要用来固定和支撑定子铁心。 2、 转子
感应电机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。转子铁心由0.5mm的硅钢片叠成，是电机中的磁路部分。
转子绕组的作用是感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。不需要外接电源，可以自行闭合构成短路绕组。 3、 气隙
感应电机转子和定子之间存在一定的气隙，气隙的大小会影响感应电机的性能；通常，气隙越小，电机的空载电流就越小，电机的功率因数就越高。
3.2 异步感应电机的工作原理
笼型感应发电机的定子上有三相绕组，空间上它们彼此相差120o电角度，每相绕组的匝数相同。转子槽内有导体，导体两端用短路环连接起来，构成一个闭合的绕组。将定子绕组接入频率一定的三相交流电网上，此时三相绕组中有对称的三相电流通过，则会产生一个定子旋转磁场。定子旋转磁场的同步转速决定于电网的频率和电机绕组的极对数。即 （3.1） 式中
—同步转速，r/min; —电网频率，Hz； —发电机绕组的极对数。
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当转子由原动机带动，以高于同步转速的转速同方向恒速旋转时，转子切
割磁力线就会产生感生电动势。在该电动势的作用下，电子绕组向电网输出电功率，感应发电机开始发电。
旋转磁场与转子之间的相对转速为异
步
电
机
的
转
差
率
，
即
相对转速与同步转速的比为
(3.2)
当s<0时，异步机工作在电动机状态，将电能转化为机械能；当s>0时，异步机工作在发电机状态，将机械能转化为电能。
3.3 笼型感应发电机的运行
图3.1 笼型感应发电机相量图
笼型感应发电机的基本方程式为：
ù1＝è1-ì） 1（R1+jX1e
è2ˊ＝—ì（Zˊ2+2ˊ ì m＝-ì1+ì2ˊ26
Rˊ2）
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è1＝è2ˊ è1＝ìmZm
式中 Zˊ2＝Rˊ2+jXˊ2e ，Zm＝Rm+jXm
转子侧物理量的折算方法为
èˊ2＝keè2s/s
ìˊ2＝
Rˊ2＝kekiR2
Xˊ2e＝kekiX2es/s
式中 è2s——折算前的转子电动势；
——折算前的转子漏抗；
式中 、——电机定子、转子相数； 、
——电机定子、转子每相串联匝数； 、——电机定子、转子绕组系数。
3.4 异步风力发电机的并网方式
主要并网方式有三种：直接并网、降压并网和通过晶闸管软并网。 1、 直接并网
异步风力发电机直接并网的条件：一是发电机和电网的相序必须相同；二是
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发电机的转速应尽可能的接近同步转速。第一个条件必须严格遵守，第二个不是很严格，但越接近于同步转速并网时产生的冲击电流越小。异步风力发电机直接并网如图所示。当风力机起动后，异步发电机的转子通过增速齿轮箱增加到接近同步转速时，测速装置发出并网信号，断路器自动合闸完成并网。
增速 齿轮箱 电 步发电异
风力图3.2 异步风力发电机直接并网
2、 降压并网
降压并网是在发电机和电网间串联电阻或电抗器，也可以是自耦变压器，来降低并网时的冲击电流和电网电压下降的幅度。 3、 晶闸管软并网
晶闸管软并网是指在异步发电机定子和电网之间每相串接一只双向晶闸管，通过控制晶闸管的导通角来控制并网时的冲击电流，这样就可以使并网暂态过程稳定，如图所示。
当发电机的转速接近于同步转速时，并且发电机的相序和电网的相同后，靠近发电机输出端的断路器闭合，发电机经双向晶闸管与电网连接，由计算机控制双向晶闸管的触发延迟角和导通角，将冲击电流降低到允许的范围内，这样异步发电机就并入电网。并入后，当发电机的转速和同步转速相同后，由控制器发出信号，用一组断路器再将晶闸管短接，这样发电机输出的电流就不经过晶闸管直接流入电网。与此同时，应立即在发电机端装设无功补偿装置，将功率因数提高到0.95以上。
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补偿 电容 异步 发电机
图3.3 异步风力发电机经晶闸管软并网
S1 S2 双向 晶闸管 增速齿轮R C 风力机
3.5 风力发电机组工作状态及其转换
风力发电机组有以下四种工作状态：①运行状态；②暂停状态；③停机状态； ④紧急停机状态。这四种工作状态之间的转换如图所示。
（1） 工作状态层次上升
1）从紧急停机到停机：如果满足停机状态的条件，则关掉紧急停机电路；开启液压工作压力；松开机械制动。
2）从停机到暂停：如果满足暂停条件，则起动自动偏航系统；如果是变桨距风力发电机组，变桨距系统起动；自动冷却开启。
3）从暂停到运行：如果满足运行条件，则检查风电机组是不是处在上风向；变桨距系统投入工作；检测转速，确定发电机能否切入电网。 （2）工作状态层次下降
1）紧急停机：包含3种情况，从停机到紧急停机；从 暂停到紧急停机；从运行到紧急停机。主要控制是：打开紧 急停机电路；置控制器所有输出信号于无效；机械制动作用； 控制器中所有逻辑电路复位。
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运暂停