间接电网连接

From Windpower Guided Tour

风机的间接电网连接

产生频率可变的交流电(AC)

大部分风机运行在基本恒定的转速，采用直接电网连接。但是采用间接电网连接，风力发电机运行在其自身的、独立的小型交流电网中，如图中所示。这种电网是电子控制(使用逆变器)，因此发电机定子中交流电的频率可以改变。用这种方式，使风机运行在可变的旋转速度是可能的。因而风机将会产生可变频率的交流电，施加在定子上。

发电机可能是同步发电机或异步发电机，风机可能有齿轮箱，如上图所示，或者无齿轮箱运行，如果发电机有很多极数的话，如下一页所述。

转换为直流电(DC)

公共电网不能处理具有可变频率的交流电。因此我们开始通过整流，即将其转换为直流电(DC)。可变频率的交流(AC)到直流(DC)的转换，通过晶闸管或大功率晶体管来实现。

转换成固定频率交流电

然后把(波动的)直流电转换为交流电(使用逆变器)，频率与公共电网完全一致。在逆变器中转换为交流电(AC)同样可以通过晶闸管或晶体管实现。

晶闸管或功率晶体管是大的半导体开关，其运行没有机械部分。从逆变器获取的交流电第一眼看起来非常难看，一点都不像我们以往学习交流电时平滑的正弦曲线。相反，我们得到一系列电压和电流中突然的跳变，如同上面动画中看到的。

交流电滤波

可是，在所谓的交流(AC)滤波器结构中，使用合适的电感和电容，矩形波能够被平滑。但是，电压有点锯齿形的外观不会完全消失，下面将解释。

间接电网连接的优势：变速

间接电网连接的优势在于可能使风机变速运行

首要的优势是，允许阵风使转轮旋转更快，从而存储多余的部分能量作为转动能量，直到阵风结束。显然，这需要智能控制策略，因为我们必须能够区分阵风和一般意义上更高的风速。因此，有可能减小峰值转矩(减小齿轮箱和发电机的磨损)，也能够减小塔架和转轮叶片的疲劳载荷。

其次的优势是，使用电力电子装置可以控制无功功率(即，电流相对于交流电网电压的相位移动)，从而提高电网的电能质量。这是有益的，特别是当风机运行在弱电网时。

理论上，变速还有可能在年产出方面具有微小的优势，因此可能根据风速使风电机运行在最优旋转速度。然而从经济学视点来看，优势如此小，以至于几乎不值一提。

间接电网连接的劣势

间接电网连接的基本劣势是成本。如刚刚所学，风机需要一个整流器和两个逆变器，一个控制定子电流，另外的产生输出电流。目前，似乎电力电子的成本要超过建设小型风机的收益，但是随着电力电子成本的下降，这可能改变。从使用电力电子的风机的运行统计数字(由德国ISET研究所出版)来看，由于电力电子的失效，这些风机的可利用率趋向于略微低于常规风机。

其他的劣势是AC-DC-AC变换过程中的能量损耗，以及电力电子可能在电网交流电中引入谐波畸变的事实，从而降低了电能质量。引起谐波畸变的问题，是因为上面提高的滤波过程不够理想，可能会在输出电流中留下一些“谐波”(电网频率的倍数)。