双馈式风力发电机控制策略探究

双馈式风力发电机控制策略探究

赵明

（明阳智慧能源集团股份公司528437）

摘要：现代社会经济快速发展的同时，能源危机日益加剧，在可持续发展理念下，新型可再生能源受到全社会的高度重视。近年来风电并入网技术不断完善，双馈式风力发电系统的应用也更为广泛，为维护电网运行安全性与可靠性，本文主要探讨双馈式风力发电机控制策略，仅供相关人员参考。

关键词：双馈式；风力发电机；控制策略

引言

风力发电机是电力运行过程的重要设备，在机械功的作用下，促进转子旋转，此时风能转换为机械功，最终交流电得以输出。风力发电机的叶旋转轴主要包含两种类型，其一是水平轴，其二是垂直轴，其中水平轴的运行效率更高。风力发电机的叶片数目有所不同，因而将其分为单叶式、双叶式、三叶式及多叶式，其中三叶式风力发电机的应用较为广泛。

1双馈式风力发电机系统的运行原理

双馈式风力发电机的优点在于，具有良好的气动效率，实际运行过程中所形成的机械应力相对较小，且功率波动较小，在功率变化的过程中所消耗的设备成本较低，因而双馈式风力发电机具有良好的经济性。但双馈式风力发电机也存在一定不足，其电机滑环以及齿轮箱等都属于比较特殊的设备，在实际运行过程中对维护的要求较高。双馈式风力发电机属于一种交流励磁电机，就气隙磁场转速来看，是由转子转速以及转子励磁电流频率共同达到的，通过转子励磁器对电气进行调节，转子转速区域稳定，与同步电机转子转速相比，在其上下一定转速范围之内，而转子绕组则等效存在两个可控励磁绕组。就电机设计来看，双馈式风力发电机通过变流器驱动来实现转子绝缘，系统参数匹配的过程中需充分考虑与双馈变流器的参数匹配，包括互感参数、漏感参数等。

就双馈风力发电机系统的运行情况来看，其风能转化主要是依靠发电机来实现的，从某种程度上来说，发电机与绕组式异步电机存在某种相似性，新型双馈风力发电系统如图1所示。

图1新型双馈风力发电系统框图

就双馈式风力发电机系统的组成情况来看，变流器处于转子电路中，一般通过转差的处理来满足额定功率处理需求，不仅可以达到额定功率处理时效，还能够在一定程度上控制变流器损耗，从而全面提高双馈式风力发电机系统运行效率。

2双馈式风力发电系统的控制系统

就双馈式风力发电机系统的控制系统来看，可从两个方面开展具体分析，其一是定子磁场定向矢量控制。当前科学技术发展条件下，双馈式风力发电机控制的实现，实际上是通过矢量控制来实现的，这种控制策略具有良好的性能，但由于实际存在的矢量定向是有所不同的，因此可以通过定子磁场定向和电网电压定向来对矢量控制进行科学划分。具体来说，定子磁场定向能够实现整体化的去耦控制，具有一定科学性和可行性，而电网电压定向所实现的去耦控制实际上是不全面的。其二是网侧PWM变流器适量控制。基于PWM型变流器所构建的数学模型中，其中控制系统设计无法完全实现，其原因在于交流量存在时变性特征。但若想要以交流量为对象实现去耦控制，则应当以PWM型整流器为对象，科学变化坐标，即可实现目的。究其原因不难发现，PWM型变流器的运行离不开电网的支持，在电网稳定供电的状态下，为坐标转换创造了有利条件，当三相ABC坐标保持相对静止状态时，结合电网基频将其坐标转换为dq坐标，并简化其设计，从而实现双馈式风力发电机系统的有效控制，确保双馈式风力发电机处于良好的运行状态。

以1.5MW双馈异步风力发电机为例，其数据信息如表1所示。

3双馈式风力发电机的控制策略分析

3.1对称电网故障下的控制策略

在双馈式风力发电机运行过程中，电网电压往往会对双馈式风力发电机系统的拓扑结构产生一定影响，此时定子磁链发生一定变化，其内部存在直流量，在这一条件下，双馈式风力发电机的定子电流保持持续变大的状态。双馈式风力发电机正处于慢速运转的状态，这就导致其对风能的吸收效率不存在变化，此时双馈式风力发电机的输电功率有所降低，双馈式风力发电系统运行过程中势必会消耗一定能量，这就导致了对称电网故障出现。为维护双馈式风力发电机的稳定安全运行，必须要结合对称电网故障采取科学的控制策略，全面把握定子磁链的变化情况，充分考虑其动态特征，尽可能弥补传统矢量控制方法的不足，在现代科学技术的支持下对矢量控制算法加以优化调整，以维护双馈式风力发电机的有序运行，即便是在电压下降的条件下，能够顺利应对对称电网故障，对定子磁链中电磁过度问题进行妥善处理，从而提高双馈式风力发电机的运转效率。

3.2非对称电网故障下的控制策略

就双馈式风力发电机系统运行的整体情况来看，不对称与不平衡是两个不同的概念，相对于多相系统来说二者之间存在一定差异，而相对于三相系统来说，不对称与不平衡的实际意义是相同的，也就是说，在三相系统中，电路不对称就代表电网不平衡。在对电网不平衡理论进行分析的过程中我们发现，一般通过对称分量法对不平衡电力系统开展合理分析，在全面把握电路整体情况的基础上，以电流和电压不对称部分作为转化对象，促进其向边界条件的转化，令其他电路作为对称电路处理，此种方式下，即可对电网不平衡理论进行有效解释，从而在不对称电网故障下对双馈式风力发电机实施科学且有效的控制。就PWM整流器控制来看，在双馈式风力发电机运行过程中，一般通过电压和电流双闭环控制的方式来实现，在具体操作中，对输入电流和电压进行分别控制，实际电流指令为外环输出电压，并且通过电流内环控制输入电流，通过外环电压与内环电流协调控制，令整流器保持良好的运转状态，从而维护双馈式风力发电机系统的稳定运行，真正意义上实现科学化控制。

结语

通过以上研究可知，在全社会可持续发展的大环境下，能源问题受到高度重视，风力发电技术的发展具有一定可行性。双馈式风力发电机有效控制的实现，能够促进有功功率与无功功率之间的良性转换，从而维护风力发电机系统的稳定高效运行，促进其价值的发挥。未来需加大力度探索双馈式风力发电机的控制问题，以推进新能源发展。

参考文献：

[1]郑景文，秦亮，刘开培双馈式风力发电机运行与控制的数字仿真研究[J}.《微特电机》，2016，44（1）：27-33

[2]贾弘德，许晓峰，顾欣然双馈风力发电机系统控制策略研究[J}.《山东工业技术》，2017（20）：179-179