這臺FD21-55 千瓦機組在1982 年試制成功后,安裝在平潭風電試驗站,與一臺柴油機組成互補系統并網運行。機組葉片采用直升飛機退役槳葉,塔架高16.2 米,為空心圓柱形混凝土結構。
由于對風電機組的認識不夠,這臺機組采用的是同步發電機,導致后期出現了諸多問題。“同步發電機的轉速低了的話,到不了與電網同步的點,就很難并上網。”科研組想了很多辦法,但因周波由電網決定而無法改變,也就是發電機的轉速不能變,調節勵磁電流的結果相當于調節了電機的功率因數和無功功率,“有功波動,無功也波動。造成與之互補的柴油機很強的波動。打個比方,就像開車時一會踩油門一會踩剎車一樣,機器哪能受得了。”但也正是通過這臺機組的試驗,研究人員意識到風電并網問題的重要性。
FD21-55 千瓦風電機組作為科研上的探索,研究人員在研制過程中針對遇到的各種問題進行了很多嘗試。
針對風電出力的變化,科研人員用水池制做了一個水阻抗,當風電出力過大時,多余的電力就通過水阻抗消耗掉,機組對外的出力表現就是平穩的了。“當然這只是一個試驗,是不能并網正式運行的,如果正式運行的話,水會都被燒開,燒沒的。”陳濤說。除了有功的控制,科研人員對無功跟蹤也進行了試驗,研究了一套無功跟蹤系統,以保證發電機電壓與電網相同。“這個系統跟柴油機并起來也能運行,但是離真正的商業運行還差很遠。但是,通過這些試驗,我們了解到,如果將來風電規模逐步擴大,有功跟蹤和無功跟蹤這兩個系統是必須具備的,否則,并網是個大問題。”
200千瓦的改進
走過FD21-55 千瓦機組的一段“彎路”,1984 年,科技處進行FD32-200 千瓦風電機組研制時,采用了異步發電機,“這是風電機組商業化運行的一個重要前提。因為異步發電機是利用滑差來解決風電機組出力脈動和電網穩定運行之間的矛盾,比同步發電機更容易控制,實施起來也更方便”。陳濤說。
機組的另一項改進,是采用了變槳距技術。“之前研究的定槳距技術,風輪推力很大,因此塔架要做得很粗,葉片、主軸也都特別結實,
而變槳距除了效率高之外,風輪推力小很多,機組自然也就‘苗條’很多。”另外,該機組采用了玻璃鋼葉片,由上玻所(今上玻院)設計制造,這在我國大型風電機組研制上屬首次。
FD32-200 千瓦風電機組由水電部杭州機械設計研究所、福建動力機廠、上玻所、福建電力局、平潭風電試驗站等單位于1988 年研制成功,這是我國研制的首臺大型風電機組。機組吊裝在平潭風電場,1993 年通過能源部鑒定。從開始研制到通過鑒定,前后歷經10 年。
但由于控制系統原因,機組鑒定之后,基本不能正常運行。“機組控制系統是用很多獨立元件焊出來的,性能不穩定,科研人員在的時候敢開機,人一走,誰都不敢讓它動了。”