北京柏艾斯科技有限公司應用方案：用於控製現代風力渦輪機的電流傳感器

礦(kuang)物(wu)燃(ran)料(liao)一(yi)直(zhi)以(yi)來(lai)都(dou)是(shi)發(fa)電(dian)的(de)首(shou)選(xuan)能(neng)源(yuan)。但(dan)是(shi)，隨(sui)著(zhe)對(dui)礦(kuang)物(wu)燃(ran)料(liao)供(gong)應(ying)的(de)可(ke)持(chi)續(xu)性(xing)以(yi)及(ji)溫(wen)室(shi)效(xiao)應(ying)氣(qi)體(ti)生(sheng)成(cheng)的(de)關(guan)注(zhu)，以(yi)及(ji)有(you)關(guan)減(jian)少(shao)燃(ran)燒(shao)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)量(liang)協(xie)議(yi)的(de)出(chu)台(tai)，許(xu)多(duo)舉(ju)措(cuo)正(zheng)朝(chao)著(zhe)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)。

通過使用現代材料來滿足機械要求以及使用現代電子元件和電力電子元件來有效地為主網送電，製造具有高達5MW額定功率的現代風能渦輪機（WET）（目前尚處於試驗階段）才有可能。為了對轉換器進行最優控製，各種規格的電流傳感器在風能渦輪機中是每個轉換器必不可缺的元件。

20世紀上半頁，許多現代風力渦輪機的物理和設計理論基礎得以發現。德國工程師AlbertBetz在其於1926年出版的著作中計算出了理想風力渦輪機的最大理論效率大約為59.3%。20世紀40年代，UlrichHütter研究出了用於具有兩片或三片轉子葉片的所有現代自由和高速運行風能轉換器的設計理論基礎（源於其出色的航空知識）[1]。

但是直到20世紀90年代初期當政治結構發生變革時，許多國家才提供用於可再生能源的政府援助。這種政府行為推動了風能渦輪機（WET）的集約化商業發展。越來越多的風力渦輪機和風力發電廠安裝和建立起來；現在首批4.55MW風力渦輪機正處於試驗階段。德國以總裝機容量占全世界39151MW風能中的14609MW而名列前茅，領先於美國、西班牙和丹麥[2]。

風是空氣團交換的結果，主要由太陽輻射效應形成的局部甚或大麵積溫差而引起。諸如森林、高山和建築等障礙物會產生影響風速持久變化的湍流。風力渦輪機的轉子將風中所含的能量轉換為轉動（動）能，從而驅動發電機產生電流。

風feng能neng以yi及ji由you此ci可ke以yi使shi用yong的de量liang與yu風feng速su的de立li方fang成cheng正zheng比bi。在zai由you轉zhuan子zi直zhi徑jing而er計ji算suan出chu的de轉zhuan子zi麵mian積ji和he從cong流liu經jing該gai麵mian積ji的de風feng而er產chan生sheng的de能neng量liang之zhi間jian還hai存cun在zai著zhe一yi個ge簡jian單dan的de相xiang關guan關guan係xi。當dang風feng速su超chao出chu一yi個ge固gu定ding限xian值zhi時shi，為wei了le避bi免mian機ji械xie和he/或電氣過載，風能渦輪機必須配有功率控製器。一般來說，發電機的額定功率是一個必須給予關注的閾值電平。

渦wo輪lun機ji使shi用yong各ge種zhong功gong率lv控kong製zhi。控kong製zhi程cheng度du可ke以yi通tong過guo轉zhuan子zi葉ye片pian被bei動dong或huo主zhu動dong實shi現xian。被bei動dong限xian製zhi可ke以yi通tong過guo一yi種zhong特te殊shu形xing狀zhuang的de單dan轉zhuan子zi葉ye片pian而er實shi現xian。在zai一yi定ding的de風feng速su下xia，使shi轉zhuan子zi轉zhuan動dong的de氣qi流liu突tu然ran消xiao失shi（所謂的失速），轉子也停止轉動（失速控製）。

現在的大型風力渦輪機通常采用主動功率控製係統來調節轉子葉片處於其縱向軸內（節距控製）。通tong過guo調tiao節jie與yu轉zhuan子zi平ping麵mian有you關guan的de葉ye片pian角jiao度du，可ke能neng控kong製zhi的de不bu僅jin僅jin是shi發fa電dian機ji功gong率lv。在zai較jiao高gao風feng速su下xia，轉zhuan子zi葉ye片pian可ke以yi轉zhuan子zi快kuai速su停ting止zhi的de方fang式shi扭niu轉zhuan。小xiao功gong率lv電dian氣qi驅qu動dong器qi通tong常chang用yong於yu這zhe種zhong用yong途tu。在zai某mou些xie逆ni變bian器qi內nei，小xiao型xing和hePCBanzhuangdianliuchuanganqiyingyongfeichangguangfan。zhexiechuanganqishizhuanhuanqibihuankongzhideyibufen，yincikeyikuaisufanying。dangyufadianjidezhinenggonglvkongzhitongshishiyongshi，keyiquebaozaifengnengwolunji（WET）啟動之後在一個很寬的風速範圍內為電網提供持續功率，直到渦輪機在上限風速時停機為止。

商shang用yong大da型xing風feng力li渦wo輪lun機ji通tong常chang稱cheng為wei迎ying風feng機ji，即ji轉zhuan子zi麵mian對dui塔ta前qian麵mian的de風feng，但dan這zhe是shi一yi個ge不bu穩wen定ding的de狀zhuang態tai。因yin此ci，整zheng流liu罩zhao和he轉zhuan子zi必bi須xu通tong過guo電dian動dong機ji的de作zuo用yong積ji極ji地di轉zhuan到dao風feng的de方fang向xiang。此ci外wai，製zhi動dong器qi還hai可ke用yong於yu確que保bao整zheng流liu罩zhao不bu會hui由you於yu風feng向xiang小xiao的de短duan時shi間jian改gai變bian而er發fa生sheng扭niu轉zhuan。為wei了le對dui驅qu動dong器qi進jin行xing最zui佳jia定ding位wei，各ge個ge轉zhuan換huan器qi內nei的de傳chuan感gan器qi對dui電dian流liu進jin行xing連lian續xu測ce量liang。電dian路lu控kong製zhi器qi的de質zhi量liang和he反fan應ying時shi間jian最zui終zhong由you電dian流liu傳chuan感gan器qi的de設she計ji和he性xing能neng而er確que定ding。這zhe就jiu是shi具ju有you小xiao電dian流liu額e定ding值zhi的de閉bi環huan電dian流liu傳chuan感gan器qi應ying用yong在zai這zhe種zhong場chang合he的de原yuan因yin。

除(chu)了(le)具(ju)有(you)極(ji)好(hao)的(de)線(xian)性(xing)度(du)以(yi)及(ji)因(yin)此(ci)的(de)極(ji)好(hao)精(jing)確(que)度(du)之(zhi)外(wai)，閉(bi)環(huan)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)本(ben)身(shen)還(hai)具(ju)有(you)高(gao)帶(dai)寬(kuan)以(yi)及(ji)快(kuai)速(su)的(de)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)等(deng)優(you)點(dian)。閉(bi)環(huan)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)原(yuan)理(li)在(zai)[3]中予以描述。

下(xia)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)是(shi)從(cong)風(feng)中(zhong)獲(huo)得(de)電(dian)能(neng)並(bing)將(jiang)其(qi)送(song)進(jin)主(zhu)網(wang)。風(feng)力(li)渦(wo)輪(lun)機(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)了(le)用(yong)於(yu)該(gai)種(zhong)用(yong)途(tu)的(de)具(ju)有(you)競(jing)爭(zheng)力(li)的(de)係(xi)統(tong)。實(shi)際(ji)上(shang)，每(mei)台(tai)風(feng)力(li)渦(wo)輪(lun)機(ji)都(dou)配(pei)有(you)一(yi)台(tai)異(yi)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)或(huo)一(yi)台(tai)同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)。

典型“丹麥概念”描述了一種風力渦輪機，這種風力渦輪機包括一個具有三片轉子葉片的失速控製轉子、一個變速箱、一台配有鼠籠式轉子的極切換異步發電機和一個直接主網耦合器。直接電網耦合器產生一個在超同步滑動區域具有幾近恒定運行速度的“恒速”xitong。zhuanzisudukeyitongguohuadongkongzhizaiyigexiazhaidefanweineitiaojie，huoshitongguoqiehuanfadianjidejixingzaiyigejiaokuandefanweineitiaojie。biansuxiangshizhuanzixuanzhuanyufadianjisuduxiangshiying。shebeixuyaodianwangtigongdonglilaizhubuchanshengxuanzhuancichang。weileduizaifadianjiyudianwangouheshisuochanshengdelangyongdianliujinxingxianzhi，zaiqidongguochengzhongzaifadianjihedianwangzhijiancaiyongruanqidongqi。zhezhongzhijiedianwangouhefangfayouyumouxiejishuquexianerbuzaiyongyudaxingfengliwolunji（如通過用於功率調整的切換動作在電網連接處的補償過程）。

現在大多數的風力渦輪機都使用一種經過修正的“丹麥概念”，zaizhezhonggainianzhong，yitaishuangkuiyibujiqizuoweifadianji。dingzidepinlvhedianyayuzhuwangjinmiouhe。huadonghuanzhuanzitongguoteshunibianqiyudianwangxiangouhe，nibianqibixunenggoujiangnengliangxiangjiqichuansongyijixiangdianwangchuansong。gainibianqizhixuyaozhidinghuadonggonglv，zhegegonglvtongchangjinweifadianjiedinggonglvde20%。以這種方式設計的風力渦輪機是一個從次同步直到超同步範圍的變速係統。兩台完全相同的配有直流鏈的脈衝控製IGBT逆ni變bian器qi用yong作zuo轉zhuan換huan器qi。不bu管guan在zai哪na個ge能neng量liang輸shu送song方fang向xiang上shang，其qi中zhong一yi台tai轉zhuan換huan器qi都dou會hui用yong作zuo整zheng流liu器qi而er另ling外wai一yi台tai用yong作zuo逆ni變bian器qi，反fan之zhi亦yi然ran。為wei了le控kong製zhi電dian網wang功gong率lv，除chu了le直zhi流liu鏈lian電dian壓ya之zhi外wai，還hai需xu要yao進jin行xing精jing確que而er快kuai速su的de電dian流liu檢jian測ce。

以(yi)上(shang)所(suo)描(miao)述(shu)的(de)兩(liang)種(zhong)概(gai)念(nian)都(dou)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)變(bian)速(su)箱(xiang)來(lai)使(shi)相(xiang)對(dui)慢(man)速(su)的(de)轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)與(yu)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)速(su)度(du)相(xiang)適(shi)應(ying)。市(shi)場(chang)上(shang)獲(huo)得(de)成(cheng)功(gong)的(de)一(yi)個(ge)不(bu)同(tong)概(gai)念(nian)使(shi)用(yong)一(yi)台(tai)同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)來(lai)提(ti)供(gong)一(yi)台(tai)變(bian)速(su)風(feng)能(neng)渦(wo)輪(lun)機(ji)。由(you)於(yu)變(bian)速(su)箱(xiang)自(zi)身(shen)的(de)機(ji)械(xie)損(sun)失(shi)和(he)無(wu)需(xu)再(zai)進(jin)行(xing)深(shen)入(ru)的(de)維(wei)護(hu)保(bao)養(yang)，轉(zhuan)子(zi)旋(xuan)轉(zhuan)與(yu)發(fa)電(dian)機(ji)速(su)度(du)的(de)適(shi)應(ying)隻(zhi)有(you)通(tong)過(guo)低(di)轉(zhuan)子(zi)速(su)度(du)來(lai)實(shi)現(xian)。因(yin)此(ci)，一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)多(duo)個(ge)極(ji)點(dian)的(de)所(suo)謂(wei)環(huan)發(fa)電(dian)機(ji)設(she)備(bei)得(de)以(yi)應(ying)用(yong)。

通過應用閉環原理，可實現一種快速反應傳感器，從而為逆變器內的功率半導體器件提供短路保護-對於維護困難而費用又昂貴的近海區風能渦輪機來說，這一優點不可估量。