基于永磁直驱同步风电机组的分频海上风电系统控制策略研究

基于永磁直驱同步风电机组的分频海上风电系统控制策略研究

罗奕灿 杜维秀

明阳智慧能源集团股份公司 广东中山 528400

摘要：近几年，随着技术不断发展、进步，促使海上分频风电系统越来越受重视，不仅可以降低前期的投资成本，并且有利于后期维护资金的合理规划。本文对采用分频海上风电系统管控的优势进行分析，深入探讨分频海上风电系统准稳态模型、转子平均磁链定向的矢量管控装置的规划等，希望能为相关人士提供有效参考。

关键词：风电机组；运行频率；海上风电系统控制

引言：现阶段，海上风电装机的容量正在不断的提升，在当代技术的影响下，开始朝向远距离大容量的方向前进，现阶段在投入使用的海上风电场基本使用交流输电的模式，会受到多种无功电流的影响，促使整体运行的交流电缆的运输电总体距离会因此受到限制。

1 采用分频海上风电系统管控的优势

结合不同类型的风电设备运行而言，利用分频式的运行方式存在以下几点优势，第一：对恒频的鼠笼式异步发电设备运转过程分析，减少一级的齿轮箱，能够降低发电设备的总体体积，并且能够提升运转环节的稳定性，有助于缩减在后期发展和运行环节中的众多项目费用，并实现对其的高质量管控，针对永磁直驱同步化的发电设备，应当全面分析出设备的全功率转变装置，。在本文的论述环节中，往往会利用交交变频设备作为以往的恒速恒频电场，将其转变为变速变频的风电场，可以管控方式往往是利用检测单台发电设备的转子磁链，使用普通的转子磁链定向矢量管控模式，促使整体的风电装置内部的众多电机设施相对应的转速可以保证统一性，以便于展现对多台设备的管控，但是在实际运行的管制思路中还是会采用发电设备的运行方式。利用矢量管控的方式，采用单一的换流装置实现发电设备但是此过程不是分频海上风电系统所单独使用的模式，在有关研究人员的分析过程中，还应当主要核实换流装置实现对两台异步电动设施的分析，此类运行的方式是属于电机等效以及矢量等效的方式。本文的研究过程中，是主要结合PMSG结合的方式构建相对应的海上风电管制设施，在此环节中，提出众多有关于转子平均磁链定向的管控方式，具备多种矢量控制方法，主要采用研究升压变压装置以及多种输电线路的分频海上风险设施的DQ轴准稳定状况模型，并给予出相对应的矢量管控框图，寻求较为完善的频率管制方式，研究多台设施在不同的运行状况下所采用的一种寻求风能的状况。

2 分频海上风电系统准稳态模型

分频海上风电系统的结构往往会涉及到发电装置的机端设定、变压装置线路外侧以及交交变频装置低频侧方的母线电压强度。在实际的运转环节中往往会去除PMSG上方的机端换流装置，将其统一设定在风电场出口的母线规划中，通过升压变压装置以及远距离的输电线路实现低频电能转移到相对应的交交变频装置中，利用交交变频装置转移到工频电能移动到电网系统的运行中。依照现阶段的研究过程予以分析，借助单台换流装置展现对多台设施的数据管控，本质上是对平均矢量以及加权矢量方式将被控制的对象视为发电设施，在运行的环节中会包含较多的矢量计算，以至于一旦发电设施超过两台之后，所涉及到的数据模型运算就会不断的提升复杂难度。在分频海上设备的运行环节中，发电设施的数量较多，并且交交变频装置往往位于线路的一端，促使此类方式使用较为困难，因为会涉及到交交变频装置内部的电压装置元件，要想明确的分析和研究实际的管控关键点以及相对应的零件联系，就应当了解推导系统内部多个区域之间的准稳态模型状况^[1]。

3 转子平均磁链定向的矢量管控装置的规划

在dq轴的设定环节上，可以依照前期的规定予以分析，分析发电设备的核心转子磁链区域，可以设定其为定子电压，要想监管多台发电设施因为多种不同的力所导致的转子区域差异性，工作人员应当结合当前的分析转子平均磁链运行方式，综合研究具体位于PMSG内部的转子平均区域作为可以研究的dq轴系，将其计算到此类轴的运转环节下，并实现对其的全方位分析，具体的磁链表达公式为：

工作人员在分析到发电设备的转子磁链实际的区域之后，开展系统性的研究，需要在时间的递增中，寻找到磁链的实际区域位置以及其余发电设施之间存在的角度联系性，有助于利用此类方式明确平均磁链转子区域位置内部的角度变化，并分析相对应的数据状况。因为时间的变化，促使系统的运行状况中就会存在一台发电设施的实际转子区域和其余的发电设备更加靠近转子平均的区域位置，将此类发电设施的实际转子其余设为可以参考的dq轴系，并在此研究的过程中，将其做以系统性的分析和研究。在分析矢量管控原理，规划出分频系统和多台设备连接的同步发电设备，明确内部存在的众多联系性以及电压前期的反馈阶段，控制其总体的变化状况，针对具体的转速以及转子磁链作为实际的估算环节，以便于能够在后期获得较为系统性的研究结论^[2]。

4 运行频率的解答

针对多台相关联的设备运转状况，在限定的变速和变频情况下，分析主要的转速指令数据的选用，在此环节中是较大的寻求风能的主要关键节点。在当前的研究过程中往往是先从风力设备的空气内部动力模型开始学习，假设风电机组的风速在前期的获知范围中，相对应的捕获风能就会实现对最高数据的研究，并设定较为具体的函数数值关联，以便于寻求较为具体的转速指令变化。在众多研究的过程中，皆是将获得的风电功率设定为一个较为明确的限制优化处置问题，前期设定中需要将多台风电计设备的叶尖实现对等比较分析，但是上述的假定是建立在外部风速较低的状况下。但是也可以获取同样的目标函数，并使用枚举的方式，以便于获取较为系统性的转速数据，保证整体的编程得到简化，但是后期的运算过程较多。使用多项式拟合风能采用系数Cp的表达方式，以便于实现对总功率转速的函数变化的学习，获取较为合理的指令值状况，此类运算的步骤较少，能够根据仿真的设计实现对后期的计算管控。分频海上风电系统的运行以及实际变频范围往往会决定交交变频设备工作规模以及相对应的经济效益做以研究，如果频率过高，就会促使超过二十赫兹的变频设备难以实现正常的运转，并干扰到低频运转的过程，总体的频率过于低，严重影响到变频设备效果分数的减少，电气零件的总体造价管制提升之后，就会影响到前期的资本投入状况。FFTS能够为长距离的海上风能传输提供有效帮助，在以上的研究过程中，会以转子平均磁链定向众多的管控方式为主，运用多种仿真算法明确后期管控阶段中对于多个风电机组的可实施性。在多种风电机组的运作状况下，因为风速的差异性质较大，促使整体的机组数量会不断的增加，导致会增加对风能的损失，但是在海上的风速分布情况中各项差异效果和实际的波动幅度较小。前期的总体资金投入较低，运行以及维护的管制成本较为合理，能够在实际的运作环节中展现较多的优势，综合而言是一种较为合理的海上风电规划方案。

结论：综上所述，在上述的分析过程中，工作人员应当加强对日常运行数据的研究和分析，加强对细节的管制，以便于能够在今后发展的过程中，实现对众多数据的高质量研究，防止出现较为严重的干扰因素，促使后期的运行和使用受到影响，以便于推动公司实现高质量的发展。

参考文献：

[1]刘小辰. 热力站无人值守监测监控系统的开发与应用[D].北京工业大学,2019.

[2]汪大洋,刘宗烨,李沛等.基于模块化多电平矩阵换流器的海上风电分频系统经济性分析[J].分布式能源,2018,3(02):16-22.