双馈风力发电控制技术研究和探究

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1、双馈风力发电控制技术研究和探究【摘要】我国是世界上风能资源储量最高的国家,同时也是世界上较早开发利用风能资源的国家，但是风电控制技术与国外先进水平间还存在较大的差异，大部分核心控制器件仍然是从国外进口，这极大地制约了我国风电事业的发展。基于此，本文笔者在对双馈风力发电原理进行阐述的基础上，深入探讨了双馈风力发电的控制技术。【关键词】双馈风力发电控制技术矢量控制空载牵入电网发电机运行统计显示，如果风能资源开发利用率达到60%,仅风力发电一项就能满足我国目前全部的电力需求。但我国风力发电仍然处于初级阶段，核心技术多

2、是从国外买进，风机控制技术远远落后于世界发达水平，因此这就要求我们从风力发电的基础理论出发，对双馈风力发电控制技术进行研究，从而研发出适合我国环境的具有自主知识产权的产品。1双馈风力发电机的原理双馈风力发电机的定子绕组直接和电网连接，转子绕组通过双PWM变流器和电网相连接，其定子和转子都能够输入或输出能量。双馈风力发电机的定子电压和频率为固定值，而转子电压频率则由双PWM变流器控制。双馈风力发电机的功率是可以双向流动的，其运行方式主要包括如下三种：(1)当发电机转差率0时，发电机处于亚同步速状态,此时转轴上的机

3、械功率小于定子侧的电磁功率，电网必须通过变流器给转子侧提供能量，使其与转轴上的机械功率的和等于定子侧的电磁功率，能量通过定子侧馈送给电网。2双馈风力发电机牵入电网的方式相较于直流励磁同步发电机和异步发电机，双馈风力发电机的并网过程存在特殊之处。当采用交流励磁之后，能够根据电网电压和发电机的转速调节励磁电流，还能把输出的电压运行调整使其达到并网要求，这样就实现了变速条件下的牵入电网。双馈风力发电机牵入电网的方式主要有以下几种：(1)空载牵入电网方式。并网前，双馈风力发电机空载，即在定子侧不带负载，调节双馈风力发电

4、机定子电压，使其与电网电压在幅值、频率和相位上保持一致。此种控制策略实现简单且原理清晰，是一种理想的控制方案。(2)带独立负载牵入电网方式。并网前，双馈风力发电机带负载运行，根据定子电压、电流和电网信息对双馈风力发电机进行控制，在满足并网条件的时候牵入电网。此种控制策略的特点是：并网前双馈风力发电机定子侧已经有负载，这样定子就有电流，所以电网侧的信息和双馈风力发电机定子侧的信息对并网控制都有影响。(3)孤岛牵入电网方式。孤岛牵入电网控制方式一共分为三个阶段：①第一阶段为励磁阶段，从电网侧引入一路预充电回路接至交

5、-直-交变流器的直流侧。当风力机的转速达到转速要求之后，开关闭合，直流充电装置通过预充电型变压器给交-直-交变流器的直流那侧充电。充电结束以后，发电机那侧变流器就开始工作，将励磁电流供给双馈风力发电机转子侧；②第二阶段为孤岛运行，首先将开关断开，然后起动网侧变流器，使其升压运行，然后将直流侧电压升高的所需数值；③第三阶段为牵入电网阶段。闭合连接电网与变流器之间的开关，发电机和电网之间便实现了无冲击牵入电网。牵入电网以后，通过调节风力机的桨距角来使风力机的输入能量变大，从而实现发电的目的。3双馈风力发电机的空载牵

6、入电网控制策略本文采用基于传统PI控制与矢量控制相结合的策略，双馈风力发电机空载牵入电网方式的目的是使双馈风力发电机的定子电压和电网电压的幅值、相位和频率保持一致，达到无冲击牵入电网的目的。具体说来：(1)幅值的控制：根据电网电压的幅值可以计算出定子磁链的给定值，按照公式屮ds二Lmidr(其中屮ds为定子磁链和转子磁链的d轴分量，Lm为两相旋转坐标系下同轴定子与转子绕组间的等效互感，idr为转子电流的d轴分量)，可得给定的转子电流i*dr,通过与反馈值的比较达到控制定子电压幅值的目的。(2)定子频率的控制：给

7、定定子电压的频率为电网频率fl,当电机转子频率f2发生变化，即风轮机拖动电机转轴转动，调整电机转子侧励磁频率fs,使得fl二f2+fs,即可使发电机定子频率与电网频率一致。(1)相位的控制：定子磁链矢量落后定子电压矢量90°,又测得了定子的三相电压经过3/2变换，得到定子电压矢量的位置给定eu,定子链磁矢量的位置给定为os=9u+90°,则我们知道了d轴位置，从而对定子电压相位进行控制。4双馈风力发电机运行控制策略由于采用定子磁链定向矢量控制技术，使得控制量之间的耦合较少，对转矩和磁场的控制较好，因此采用定子磁

8、链矢量控制技术作为双馈风力发电机的控制技术。在此控制方案中，我们把定子磁链矢量甲s作为定向矢量，让d轴与定子磁链重合，q轴比d轴超前90°,则可以得到如下的公式(其中P为有功功率，Q为无功功率，U为幅值常数，uds、uqs分别为定子和转子电压在d、q轴的分量，ids、iqs分别为定子和转子电流在d、q轴的分量)：通过简化，可以得到电磁转矩Te的计算公式为：，其中np为电机的极对数，Lm