(5.37) 而電磁轉矩的大小為
5.3 風機模型的建立 風機模型的建立 風機模型的建立 風機模型的建立
Matlab/Simulink 中感應電機(asynchronous machine)內建模型，使 用 5.2 節所推導的定子和轉子電壓方程式，搭配(5.39)式的機械系統方
r
sωλ
qsL
lsL
'lr (ω
−ω
r)λ
qsr
r'風機型號為 NORWIN 29-STALL-200kW，所提供的風機風速-輸出功 率關係表，如表 5-1 所示，其中風機輸出功率量測條件為風輪直徑 29m、氣溫為 15℃、大氣壓力為 1013hPa、空氣密度為 1.225kg/m
3
， 輸出功率調節使用失速調節技術，在風速高於 16m/s 時失速，限制風 機輸出功率於額定功率 200kW。假設轉速固定在 1800rpm，利用(3.8)式與風速-輸出功率的關係圖 可求出效能係數與尖速比的關係。但由於表 5-1 所提供的資料數不
足，當尖速比因轉速而改變時，其所對應的效能係數值將由內插法求 得，隨後代入(3.9)式即可求得不同轉速、風速下的力矩，如圖 5-3 所 示為轉速介於 1600~2000rpm、風速介於 0~25rpm 時所對應的力矩圖。
表 5-1 NORWIN 29-STALL-200kW 風速-功率表 風速
(m/s) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 功率
(kW) 0 7 26 53 84 112 139 163 180 191 197 風速
(m/s) 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 功率
(kW) 201 203 202 198 192 184 179 175 174 174 177
圖 5-3 風速-轉速-力矩圖
圖 5-4 直接併網型鼠籠式感應發電機模組
圖 5-4 所示為本計畫使用的 Matlab/Simulink 直接併網型鼠籠式感 應發電機模組，定子直接與電網做併聯，轉子側為鼠籠式繞組，圖中
補償電容(PF Correction Capacitor)之容量為 75kVar，用來補償非同步 發電機運轉時所需要的虛功率。非同步發電機方塊(Asynchronous Generator)之標稱線電壓為 575kV，標稱容量為 150kVA。風機力矩方 塊(Wind Turbine)使用查表法求出特定風速與風機轉速下之力矩。
(2) 雙饋式感應發電機
雙饋式感應發電機雙饋式感應發電機組雙饋式感應發電機組組 組雙饋式感應發電機組由可調槳距之葉片、齒輪箱和雙饋式感應發 電機(DFIG)組成。如圖 5-5 所示，於本計畫模擬中，使用一個 9MW 的風場，其中包含了 6 個 1.5MW、額定風速為 11m/s 的雙饋式感應發 電機方塊(Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator)，採用變速與 變槳距控制技術，在額定風速下之低風速區可有最徍風能擷取效率，
而在額定風速之上時可有穩定的額定功率輸出，並於匯流排(B575)上 連接一濾波電容器，其容量為 0.9MVar，品質因數為 50。
圖 5-5 雙饋式感應發電機模組
如圖 5-6 所示為此雙饋式感應發電機方塊內部結構，其中包含感 應電機方塊(Asynchronous Machine)、風機方塊(Wind Turbine)、兩個通 用型橋式開關方塊(Universal Bridge)、直流電容(0.06F)與控制系統方塊 (Control System)。所使用之發電機模組與 DCSCIG 中所使用的發電機 模組相同，但機械力矩的輸入量之求得方式與轉子結構上有所差異。
感應電機的機械力矩輸入量由風機方塊藉由風機轉速和風速求得尖速
比後配合槳距角求出效能係數，代入(3.8)式可求得風機輸出之機械功 率，將機械功率除以風機轉速便得到機械力矩的輸入量，而非以查表 的方式求取。雙饋式感應發電機之轉子為繞線式繞組，有別於 DCSCIG 之鼠籠式繞組，以方便在轉子側增加交流-直流-交流轉換器電路，形 成雙饋式感應發電機。於電網的連接方面，定子直接併聯電網，而轉 子則透過交流-直流-交流轉換器與電網連接，並在交流-直流-交流轉換 器與電網間放入電感和電阻構成的厄流圈(choke)抑止電流的突增，保 護電力電子設備，此交流-直流-交流轉換器以兩個通用型橋式開關方 塊以及一個直流電容構成。通用型橋式開關方塊以其所併接的設備可 分為轉子側轉換器(rotor side converter, RSC)與電網側轉換器(grid side converter, GSC)，而直流電容則做為此兩轉換器間直流電壓源。當轉子 轉速大於同步轉速的時候，轉子上所發出的電力會往直流-交流-直流 轉換器中的直流電容傳送使直流電壓上升；反之，當轉子轉速小於同 步轉速時，轉子會從直流電容上擷取能量，使得直流電壓下降。此時，
控制系統方塊會傳送訊號給電網側轉換器和轉子側轉換器，使電網側 轉換器控制維持直流電壓於一定值，而轉子側轉換器則負責控制風力 發電機的輸出功率與電網側的電壓或虛功率。
圖 5-6 Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator 內部結構