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PAGE PAGE 32机械类外文翻译之-风力发电中的自我激励与谐波1介绍传统的风力涡轮机通常安装的是感应发电机，因为它廉价，耐用，而且只需要很少的维护。然而，电感应发电机需要的无功功率通常通过电容器补偿来得到。因为输出功率各不相同，所以电容补偿必须随之调整。风力发电机组的电力网络中，相互的电容补偿作用是导致输出电流中产生自我激励和高次谐波的一个重要原因。这篇文章探讨产生这些现象的原因，并对如何控制或消除这些现象提出一些方法。现在大部份风力发电机的性能是非常可靠的，并且维修简单，费用低。一台感应发电机在正常工作期间始终需要得到无功功率。使用最普遍的无功功率补偿是电容器补偿，因为它是静态的, 而且成本低。不同型号的电容器可以提供不同的电容补偿。虽然无功的动力补偿可能对风轮机总的操作有利，但是我们必须确保补偿是恰当的，并且不影响控制。自我激励和谐波是电容器补偿的两个重要部分也是这篇文章的主题。2动力系统网络描述如图1所示描述的这个系统。动力系统的部件分析包括如下内容：? 连接风机各部分的总线和输入线路。? 一台安装在衬垫上的变压器? 连结在变压器低电压的电容器? 一台电感应发电机图1. 系统各部件图对于自我激励，我们关注的是在涡轮上的电容补偿。对于谐波分析，我们用图表来表示整个网络。3自我激励3.1感应发电机的自我激励。 自激是在感应发电机和电容器补偿之中负电荷和磁性浸透交互作用的一个结果。自我激励过程这部分是在一台离栅栏的电感应发电机里进行研究的，知道极限和自激操作的边界将会帮助我们去利用或者避免自激。在固定速度的风轮机中应用最普遍的是固定电容器无功的动力补偿方法。只有一台电感应发电机是不能得到它自己需要的无功动力的，它要求来自电网正常操作的无功动力，并且栅栏口接电感应发电机的电压和频率。安全是自我激励的一个潜在问题。因为发电机可以产生电压，它可能伤害检查或者修理这台发电机的人员。另一个潜在的问题是发电机的工作电压和频率可能变化。因此，在自我激励期间连接在发电机上的易损设备可能在过高或过低的电压和频率下被损坏。尽管这是自我激励过程中电感应发电机的缺点，然而一些人把这种方式应用于动态的刹车系统中，帮助在栅栏损失的紧急情况时控制转子速度。因此，适当的选择电容和电阻器可以在栅栏损失和机械刹车故障期间控制风轮机速度。3.2 稳态表现。稳态分析中关键是理解哪些条件对自我激励有增强或削弱作用。如上面解释的那样，自我激励可能是一件好事情也可能是一件坏事情，这取决于我们遇到什么样的形势。图2为一个电容器补偿电感应发电机。如上所述，自我激励操作要求必须保持完全的无功平衡。+=0 （1）=电容器节点的有效输入=磁化部分的有效输入=转子节点的有效输入方程式1的实部和虚步可以被扩展为方程式2 和3。 （2）图2.自我激励方式下的等效电路图3. 典型的磁化特性（3） =阻抗=渗漏电感 =转子阻抗=转子渗漏电感= 阻抗S =操作损失 =操作频率 =终端负载电阻C =电容器补偿自我激励的一个重要方面是电感应发电机的磁化特性。图3所示为一台典型的励磁电感发电机和输出电流之间的关系；这图由实验得来反映了发电机的特性。图5为电感应发电机的终端电压受电容和负载电阻变化的影响而变化的示意图。如图5所示，负载电阻不影响终端电压， 特别是在发电机转速很高时，但是电容对发电机的输出电压有显著影响。一个大的电容在转子转动过程中产生较少的电容变化，而较小的电容在转子转动过程会产生很大的电容变化。如图6所示，对规定的电容来说，改变负载电阻的有效值能调节力矩速度。自我激励这个概念可以被利用在涡轮机上，如上所述，当它失去对栅栏连接时可以提供动态刹车从而防止飞车现象发生。只要正确选择电容和负载电阻使其与涡轮机输出电源相匹配，就能在一定的风速范围内来调节阻抗。3.3 动态反应。这部分可以在自我激励过程中检查瞬时的变化。对于这次模拟来说我们选择3.8毫法电容和1.0欧的负载电阻。驱动力矩的常量被调整为4500纳米。但是，空气动力学的风轮机特性控制系统不包括在这个模拟中，我们关注的是自我激励的过程。因此，我们重视方程式电的方面。图7显示连续时间内转子速度和输出功率的关系。在这种情况下，电感应发电机由静止启动，速度逐渐增加，直到达到它自身的额定速度。最初连接栅栏在开始的t = 3.1秒s，栅栏被断开，电感应发电机进入自我激励方式。在t = 6.375 s时，发电机被再接通到栅栏，终止自我激励。在自我激励期间转子速度逐渐增加，但是，最后发电机力矩达到4500牛米，并且转子速度变为稳定。当发电机没有同步而被再接通到栅栏时，在发电机的力矩会突然发生简短的瞬间变化。这种情况一旦发生，转子速度会与栅栏之前有相同的速度。图8(a)显示每个时期电压的状况。它显示最初电压与被连结栅栏后的电压相同。如图7所示，在自我激励方式下3.1 st0，Q0。 (c)图解法表示p0，Q 0 ，q 0 时， 0， q 0时 ， 。文章来自：北京信息科技大学校园网-图书馆藏-电子期刊-美国机械工程师学会电子期刊全文数据库作者和文献出处：E. Muljadi ， C. P. ButterfieldNational Renewable Energy Laboratory, Golden, Colorado 80401H. Romanowitz