双馈风电机组双PWM变换器控制技术的发展

王姝 卢秀和

摘  要：文章介绍了应用在双馈风电机组的双PWM变换器中网侧变换器和转子侧变换器的主要控制技术，对各自的原理、特点进行分析与总结，并预测了未来控制技术的发展。

关键词：双PWM变换器;矢量控制;直接功率控制

中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）10-0146-02

Abstract： This paper introduces the main control technologies of grid-side converter and rotor-side converter used in doubly-fed wind turbine dual-PWM converter， analyzes and summarizes their respective principles and characteristics， and predicts the development of control technology in the future.

Keywords： dual PWM converter; vector control; direct power control

1 概述

双馈风力发电机因其风能利用率高、对风速变化的适应性强、功率因数可调、功率变换器容量小等优点，能满足用电负载和并网的要求，被广泛地应用在风力发电系统中。图1所示即为双馈风力发电系统结构图。由于风能的随机性，功率变换器在非平稳状态下工作时间长，容易引起功率变换器损坏，导致机组断开。因控制技术对功率变换器研究的重要性，本文就网侧变换器和转子侧变换器的控制方法进行介绍。对比得出各个方法的优缺点，并基于研究现状对以后的研究方向进行预测。

2 网侧变换器控制技术

网侧变换器的控制目标包括输出恒定的直流电压，动态响应能力较好，确保网侧输入正弦电流，功率因数接近于1，利用其无功调节能力参与电网的无功调节，提高风电并网能力。

2.1 电流控制

电流控制技术主要包括间接电流控制技术和直接电流控制技术这两种。间接电流控制是通过控制电网的三相电压来检测跟随相电压变化的相电流的变化。该方法结构简单，但直流电流存在偏置问题，动态性能较差，目前应用研究此方法的较少。直流电流控制是通过控制网侧输入电流进行实现。优点是系统动静态性能好，精度较高。

2.2 直接功率控制

该方法直接对瞬时功率进行调制，优点包括谐波少、功率因数高、控制结构和算法简单，但选用的开关表有局限性，致使动态性能较差。

2.3 其他非线性控制

目前较常见的包括无源控制理论、反馈线性化理论、智能控制算法等。虽然这些算法使系统性能提高，但会使控制系统过于复杂。

3 转子侧变换器控制技术

转子侧变换器通过调节转子输入电压的频率和幅值来控制定子输出电压的频率和幅值，以满足并网要求。该变换器的控制方法即为永磁同步电机的控制方法。

3.1 恒压频比控制

根据给定的速度参考值利用空間矢量调制技术，以输出预期的控制电压。优点是结构简单成本低，但运行速率低，功率因数低，动态性能差，不稳定，所以应用较少。

3.2 矢量控制

利用坐标变换进行解耦，将电机的定子电流按照磁链的方向和与之垂直的方向分解成励磁电流分量和转矩电流分量，分别对这两种电流进行控制，从而实现电机的调速控制。

3.3 直接转矩控制

直接对电机的电磁转矩和定子的磁链进行控制，无需解耦，算法结构简单，动静态性能好，但开关频率不稳定，会产生大量谐波。

3.4 直接功率控制

该方法具有良好的动静态性能，其中有一种利用瞬时功率开关表算法的直接功率算法，但系统稳定性较差;还有通过对瞬时功率的控制进而实现对电机的转矩和功率的控制，可以保证动静态性能的要求，但是涉及到定子磁链脉动的问题。但直接功率控制更多地对其应用在网侧变换器上，对转子侧研究较少。

4 控制技术发展方向

在实际应用中，电网电压是不稳定的，会产生大量谐波，造成电网的污染，所以对不平衡电网的研究十分必要。另外，智能控制算法虽然使得系统较复杂，但能较好地提高性能，可以考虑试着简化复杂的控制系统。

5 结束语

本文综述了双馈风电机组中网侧变换器和转子侧变换器的主要控制策略，对其原理及优缺点进行了对比，并预测了未来的研究方向。随着未来技术的发展，功率变换器的控制会得到进一步优化，更好地应用在风力发电中。

参考文献：

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