电容器自激风力异步发电机的稳态研究

    世界上第一台现代化的风力发电机问世一百年来，随着能源形势的变化和人们对各种能源发电方式优缺点的认识与重视程度的变化、以及当时的技术条件的限制，风力发电事业的发展时快时慢，总的趋势是不断前进的。目前国外200kW以下的风力机组已取得了数年成功运行的经验。欧美等国政府资助的风电研究项目正在规划单机容量兆瓦级的大风力田和常规电网并联。展现出风力发电的美好前景。已经、生产的百千瓦和兆瓦级的风力机组，一般采用同步发电机，因为同步发电机有一系列的优点。我们知道，异步机也可用来发电，它比同步机结构简单、坚固，容易维护，造价低，用作几千瓦乃至数十千瓦的风力发电机，很有吸引力。近几年国外加强了风力异步发电机运行方式的研究，概括起来有以下几种：            
    1．对风力机转速进行优化控制，以获得尽可能多的风能。机端调压后整流、逆变，得到恒压1亘频的交流电，再并网或直接供电。       
    2．中、小型异步风力机组的桨叶不加任何机械控制，变频变压发电。这种电能可按低电价供给热负荷用，取出一部份功率经稳压，整流、逆变，按高电价供电。            
    3．小型异步风力发电机和柴油同步发电机或同步补偿机并联供电。
    4．小型风力发电机单机运行，机端有激磁电容器，一般还有储能设备。               
    以上几种方案中，都必需供给异步电机落后的无功功率，具体方法不同，规律是一样的。这是异步发电机的一个主要缺点，也是防碍它使用、推广的重要原因。这个无功功率又称激磁功率。随着转速、输出功率的变化、激磁功率也要作相应调节，才能维持机端电压。否则，机端电压会大幅度下降，甚至失去电压。               
    本文以第四种情况为例，在异步电机等值电路的基础上分析诸量之间的关系，并用牛顿一拉夫逊法计算出它们的数值，为机端电压控制提供依据。我们在电机实验室中用一台并激直流电动机驱动一台5HP的异步机作了空载、负载实验，对比了计算结果和实验结果。另外，对该异步发电机稳压措施作了初步的研究和实验。            
    二、理论分析与计算               
    异步机发电要具备两个基本条件，一是适量的剩磁，二是提供激磁无功功率。前者一般异步机都具备，万一失磁，可用蓄电池充磁等办法重新得到剩磁。第二个条件相对复杂一些。异步机并网发电，可从电网取得无功功率。若单机运行，只能由机端并联电容器提供落后的无功功率。根据异步机空载曲线可知，建立稳定机端电压的临界电容值(图1)