變速恒頻雙饋風力發電系統控制技術的探討

摘要：變速恒頻雙饋風力發電系統是當前風力發電的核心技術，在這一系統運行過程中對其進行針對控制具有重要意義。專業的控制是保證變速恒頻雙饋風力發電系統正常運行的重要前提。針對該發電系統的控制主要是集中在電網低壓故障時的雙變流器控制以及網側變流器的控制。本文將結合發電系統原理來探討如何實現科學高效的專業控制。

關鍵詞：變速恒頻；雙變流器；網側變流器

變速恒頻風力發電技術，是當前運行效率較高，電能質量較優的的發電技術。這項技術在風力發電領域中有著廣泛應用。隨著我國能源形勢的日益緊張，變速恒頻雙饋風力發電系統在風能發電中的作用越來越重要。在這樣的背景下加強對變速恒頻發電控制技術的研究具有重要意義。

雙饋風力發電是專業系統的的發電技術，這一系統的發電涉及到變流器控制、電網低壓故障控制以及電機控制等多個領域。這些方面的控制是保證變速恒頻風力發電技術正常運行的重要措施。當前針對變流器的控制主要是通過矢量控制技術來實現，這一技術相較于其他技術而言比較方便。

1.非線性矢量控制

變速恒頻雙饋風力發電系統是一個多變量、非線性、強耦合的系統，實現對這一系統的及時有效地控制，有必要采用非線性矢量控制的方法來實現。針對該系統的控制設計人員先是要推算出系統的狀態方程，而后根據狀態方程推導出逆系統，最后根據逆系統來實現系統內?？刂啤?/p>

1.1.狀態方程。狀態方程是表述系統特性的一種典型手法，工作人員可以通過既定的數學模型來推導雙饋風力發電系統的狀態方程。雙饋風力發電系統的最大控制目標是能夠充分利用風能，也就是指在風速一定條件下，能夠發揮發電系統的最大有功功率。因而我們要把風力發電系統的有功功率作為被控制量。輸出量則應該是無功功率。此時我們設輸入變量是u，輸出變量是y，那么我們就可以得到以下狀態方程和輸出方程.

1.2.對雙饋風力發電系統專業分析。一個系統能否能利用非線性矢量控制技術來進行有效應用，一個重要前提就在于該系統能否可逆。因而在控制之前還需要通過逆系統法來判斷雙饋風力發電系統是否可逆。經工作人員分析，該系統本身是可逆的并通過推導得出了雙饋風力發電系統的偽線性系統示意圖。

圖 1 雙饋風力發電系統的偽線性示意圖

1.3.逆系統內模控制。在經過詳細分析之后，工作人員把求得雙饋風力發電系統的a階積分逆系統串聯在原系統之前，就能夠得到具有線性傳遞關系的系統。而后由此便可得到系統內部模型，最后根據系統內部模型便可設計出內模控制器，從而最終實現對系統的非線性矢量控制。

2.網側變流器的控制

雙頻風力發電系統本身的的網側變流器是其中的關鍵設備，網側變流器的最終控制目標是要保持交流側單位功率因素運行以及直流環節電壓穩定。工作人員通過對網側變流器的拓撲結構進行專業性分析之后，便可得出電壓方程：

由此也能計算出系統傳遞的有功和無功功率分別是：

針對網側變流器的控制主要是通過電網電壓矢量定向來實現的，通過這種方法能夠有效地實現對有功以及無功的解耦控制。通過對有功和無功功率進行分析，就可以發現變流器傳遞的有功與無功是成正比關系的。三相PWM整流器的控制可以通過下圖來進行表示：

圖2 三相PMW整流器控制原理

3.電網低電壓控制

在變速恒頻雙饋風力發電系統中由于結構因素的影響會導致機組對電網故障非常敏感。一旦電網發生故障就會導致定子電流急遽增大，直流側電壓也將隨之升高。當前隨著風力發電技術的不斷成熟，DFIG機組在電力系統中所占容量越來越大，對電網的影響也隨之不斷增大。在這樣的背景下就必須要實現對風電機組的嚴格控制，要讓DFIG風電機組具有低電壓穿越能力。只有這樣才能保證系統的穩定性。

通過在轉子側裝設Crowbar電路可以有效實現上述目的。正如下圖2所示，在電網電壓跌落之后，開啟Crowbar電路的IGBT將能夠有效地吸收轉子回路能量，從而達到抑制過電流的目的。這樣一種設計思路，毫無疑問是能夠滿足設計要求的。在今后工作過程中應該不斷加強這方面的研究。

圖3 風電場低電壓穿越要求

4.實驗

為了證明實際的控制效果，工程人員還需要做專門的實驗。工程人員為了驗證控制算法的正確性搭建了30kw的變速恒頻風力發電控制系統。通過該系統的模擬展示證明了以上算法的正確性。變速恒頻雙饋風力發電系統是一項專業技術。在今后工作中應該加強其控制技術的研究。

隨著我國經濟社會的快速發展，我國新能源開發尤其是風能發電技術取得了快速進步。變速恒頻雙饋風力發電系統就是其中一項重要的發電技術。通過這一技術能夠有效實現對風能的充分利用，對于緩解能源緊張形勢具有重要作用。本文詳細分析了變速恒頻風力發電系統的控制技術，變速恒頻雙饋風力發電系統在工作過程中由于各種因素會導致系統不穩定，此時就需要采用專業控制技術來實現控制。非線性矢量控制就是其中的典型代表，此外網側變流器控制以及電網低電壓控制也是我們需要關注的重點內容。在今后應該不斷加強這些方面的研究。

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