这台FD21-55 千瓦机组在1982 年试制成功后,安装在平潭风电试验站,与一台柴油机组成互补系统并网运行。机组叶片采用直升飞机退役桨叶,塔架高16.2 米,为空心圆柱形混凝土结构。
由于对风电机组的认识不够,这台机组采用的是同步发电机,导致后期出现了诸多问题。“同步发电机的转速低了的话,到不了与电网同步的点,就很难并上网。”科研组想了很多办法,但因周波由电网决定而无法改变,也就是发电机的转速不能变,调节励磁电流的结果相当于调节了电机的功率因数和无功功率,“有功波动,无功也波动。造成与之互补的柴油机很强的波动。打个比方,就像开车时一会踩油门一会踩刹车一样,机器哪能受得了。”但也正是通过这台机组的试验,研究人员意识到风电并网问题的重要性。
FD21-55 千瓦风电机组作为科研上的探索,研究人员在研制过程中针对遇到的各种问题进行了很多尝试。
针对风电出力的变化,科研人员用水池制做了一个水阻抗,当风电出力过大时,多余的电力就通过水阻抗消耗掉,机组对外的出力表现就是平稳的了。“当然这只是一个试验,是不能并网正式运行的,如果正式运行的话,水会都被烧开,烧没的。”陈涛说。除了有功的控制,科研人员对无功跟踪也进行了试验,研究了一套无功跟踪系统,以保证发电机电压与电网相同。“这个系统跟柴油机并起来也能运行,但是离真正的商业运行还差很远。但是,通过这些试验,我们了解到,如果将来风电规模逐步扩大,有功跟踪和无功跟踪这两个系统是必须具备的,否则,并网是个大问题。”
200千瓦的改进
走过FD21-55 千瓦机组的一段“弯路”,1984 年,科技处进行FD32-200 千瓦风电机组研制时,采用了异步发电机,“这是风电机组商业化运行的一个重要前提。因为异步发电机是利用滑差来解决风电机组出力脉动和电网稳定运行之间的矛盾,比同步发电机更容易控制,实施起来也更方便”。陈涛说。
机组的另一项改进,是采用了变桨距技术。“之前研究的定桨距技术,风轮推力很大,因此塔架要做得很粗,叶片、主轴也都特别结实,
而变桨距除了效率高之外,风轮推力小很多,机组自然也就‘苗条’很多。”另外,该机组采用了玻璃钢叶片,由上玻所(今上玻院)设计制造,这在我国大型风电机组研制上属首次。
FD32-200 千瓦风电机组由水电部杭州机械设计研究所、福建动力机厂、上玻所、福建电力局、平潭风电试验站等单位于1988 年研制成功,这是我国研制的首台大型风电机组。机组吊装在平潭风电场,1993 年通过能源部鉴定。从开始研制到通过鉴定,前后历经10 年。
但由于控制系统原因,机组鉴定之后,基本不能正常运行。“机组控制系统是用很多独立元件焊出来的,性能不稳定,科研人员在的时候敢开机,人一走,谁都不敢让它动了。”