双馈风力发电机系统控制策略研究

贾弘德　许晓峰　顾欣然

摘 要：本文叙述了双馈型风力发电机系统的运行原理，在不对称电网故障和对称电网故障情况下针对双馈型风力发电机系统的控制策略进行了研究。

关键词：双馈型风力发电机；低电压穿越；控制策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.157

0 引言

近年来，随着可持续发展的观念的提出，人们不断找寻新型可再生能源来实现经济和生态发展的供给形势。由于能源问题日趋严重，应用新型可再生能源尤为重要。近年来风电相关技术的迅速发展使得风电并入电网技术不断完善。引入无刷双馈风力发电系统对电网的可靠性有了更高的要求，因此针对双馈型发电机系统的制策略进行研究具有重要意义。

1 风力发电机概述

风力发电机是通过机械功带动转子旋转将风能转换为机械功最终输出交流电的电力设备。其主要有两种叶轮旋转轴：垂直轴和水平轴。水平轴具有比垂直轴更高的效率，因此通常采用水平轴的风力发电机。风力发电机根据其叶片的数目的不同可分为单叶式、双叶式、三叶式、多叶式，其中三叶式的风力发电机实际应用广泛。在实际应用中的比较常见的风力发电系统有恒速鼠笼型异步风力发电系统、变速恒频双馈感应风力发电机系统、无刷双馈风力发电系统、变速鼠笼型异步风力发电系统和永磁直驱型同步风力发电系统。

2 双馈型风力发电机系统的模型和控制方法

2.1 双馈风力发电机系统的运行原理

在无刷双馈风力发电机系统中，发电机是转化风能的核心部分，在某种程度上和绕组式异步电机存在相似之处。其最大特点是变流器在转子电路中，因此处理额定功率时只处理转差的部分就可以了，因此变流器的损耗相对比较少，整个系统的效率也较高。无刷双馈型风力发电机系统的运行原理如图1所示。

2.2 双馈风力发电系统的控制系统

（1）定子磁场定向矢量控制。目前，在无刷双馈型电机的控制策略中主要是矢量控制，这种控制策略具有很好的性能。因为有不同矢量定向的存在，所以矢量控制可分为定子磁场定向和電网电压定向两种类型。其中前者可以完成整个去耦控制，而后者只能完成部分去耦控制。

（2）网侧PWM变流器矢量控制策略。在PWM型变流器的数学模型中，交流量是时变的，所以无法设计控制系统。但是，对PWM型整流器进行变换坐标就能够对交流量去耦控制。因为PWM型变流器的主要靠电网供电，所以可以将相对静止的三相ABC坐标转换成根据电网的基频旋转的dq坐标，并实现设计简化。

3 对称电网故障下的控制策略

无刷双馈型发电机系统由于拓扑结构受电网电压的影响较大，电压降会导致定子磁链中出现直流量，因此发电机定子电流就会不断变大。由于风力发电机转速相对较慢，则吸收风能的效率不变而输电功率将会减少，其中部分能量将会在系统中被消耗，因此就会产生故障。

由于在传统的矢量控制方法中有缺陷，因此考虑定子磁链的动态变化，改进了矢量控制算法，改进之后能够有效的解决电压下降时定子磁链中电磁产生过度的问题。

4 不对称电网故障下的控制策略

4.1 电网不平衡理论分析

在一个多相系统中不对称并不代表其不平衡，但在三相系统中，电路如果不对称那就表示电网不平衡。当分析不平衡电力系统时，通常利用对称分量法进行分析。该方法是将电路中电流和电压不对称的部分转化成边界条件，并将其余的电路视作对称电路。

4.2 PWM整流器的控制策略

在PWM整流器的控制策略中，通常用电压和电流双闭环控制方式。分别控制输入电流和电压，将外环输出的电压作为电流指令，输入电流则由电流内环控制，从而保持整流器性能良好。

5 结束语

由于日益加剧的全球能源危机，新型能源中风能作为可再生的清洁能源对可持续发展意义重大。风力发电技术不断发展，双馈型风力发电机系统可以与电网连接，并能够实现有功功率和无功功率的变换。本文总结分析了双馈型风力发电机系统的控制策略，在建设智能电网推进新能源发展过程中针对双馈型风力发电机系统的有效控制问题，仍需深入探索。

参考文献：

[1]刘飞.论双馈型风力发电机组低电压穿越控制策略究[J].中国科技投资，2014（A14）：183

[2]赵新.双馈型风力发电机控制策略及低电压穿越技术研究[D].北京交通大学，2010.

[3]姜腾，王杰.双馈风力发电机低电压穿越研究热点分析[J].电气自动化，2015（05）：35-39.

[4]叶盛.双馈风力发电机低电压穿越控制策略研究[D].湖南大学，

2011.

[5]薛利晨.风力发电机组低电压穿越特性的控制策略与测试方法研究[D].沈阳工业大学，2012.