風電系統中雙饋發電機組的控制

呂東明

摘 要：隨著現代科技的不斷更新，風力發電技術也取得了飛速發展。本文介紹風力發電機組控制方法的發展歷程，詳細闡述幾種控制策略，進而對風力發電控制技術進行了展望。

關鍵詞：風電系統；雙饋發電機組；控制

1 前言

隨著不可再生資源的日益減少，人們加大了對可再生資源的開發和利用。風能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生資源受到人們的青睞，世界各國也加大了對風力發電系統的開發和利用。近年來，隨著電子技術以及風力控制技術的不斷發展，風力發電技術也取得了前所未有的進步。但由于風能具有不確定性、不易控制等特性，導致風力發電機組的電壓、電功率均不穩定，因此，必須采取措施調整和控制電能品質。

對風力發電機組而言，控制技術是其核心技術，通過對風力發電的控制，可以保證整個發電機組的安全高效運行。加大對控制技術的研究，可以有效提高我國大型風力發電機組的自主開發能力，有效降低風力發電機組成本，提高其國產化。

2 風電機組控制方法發展歷程

2.1 傳統控制方法

要想最大限度地獲得風能，就要通過調節風力機槳矩角或發電機的電磁力來調節風速的變化，從而使葉尖比保持最佳值。傳統的風電機組控制方法是通過線性化模型來跟蹤記錄葉尖速比，通過測量風速或電功率來對控制方案進行反饋，為了保證風力機葉處風速測量的精確性，可以采用電功率對控制方案進行反饋。

2.2 現代控制方法

（1）滑動模控制。在風速擾動和機械不確定的情況下，采用滑動模控制不僅可以實現對電氣參數的無差跟蹤，而且能夠最大限度地獲得風能。又因滑動模控制系統設計簡單、易于實現，因此被越來越多地應用到實際操作中。但其也存在一定的缺陷，在進行滑動模控制時存在切換抖動，在一定程度上會沖擊風力機械設備。

（2）H ∞控制。對于參數不確定、有建模誤差和干擾位置系統的控制，可以采用H魯棒控制進行解決。H魯棒控制能有效對非線性空氣特性、變槳距控制機構和柔性傳動鏈動態的風電系統進行有效處理，進而在建模不確定的條件下，最大限度地獲得風能。

3 幾種控制策略

3.1 雙饋風力發電機的工作原理

在變速恒頻風力發電系統中用到的主流機型就是雙饋異步風力發電機（見圖1），該發電機具有雙饋性、控制靈活、雙重性以及變速恒頻等特點。

其工作原理是，當雙饋發電機穩定運行的時候，定子和轉子旋轉磁場會在空間上保持相對靜止。當定子旋轉磁場與轉子旋轉磁場的轉速相同時，相對于轉子而言，轉子旋轉磁場會以轉差角頻率旋轉。當轉子旋轉磁場的轉速低于兩者的同步轉速時，轉子旋轉磁場與轉子的轉向一致；而當轉子旋轉磁場的轉速高于兩者的同步轉速時，轉子旋轉磁場與轉子的轉向相反。雙饋發電機轉子接變頻器的雙饋調節，就是要在轉子回路的基礎上串入附加電勢，通過對相位、相序和附加電勢大小的調節來實現。

3.2 自適應模糊控制

在風速較低時，湍流、塔架振顫明顯彎曲，雷諾數的不穩定性都會導致功率存在誤差，此時，Pg和電機的轉速也不能呈現立方關系，導致發電機的效率明顯下降，不能得到準確有效的數據模型。而模糊自適應控制模型（見圖2）可以有效地解決這一問題。

當被控制對象的結構發生變化時，參數會發生偏離，此時，測得的輸出功率和參考的輸出功率均存在不同程度的誤差，被控制的對象可以用下式來表示：

X（n）=f（x，x（1），…，x（n-1））+bu

Y=x （1）

式中，f表示未知函數，b表示未知的正常數。通過設計模糊系統，合理調整反饋控制器和參數向量θ的適應率，進而對發電機轉速和槳矩角進行調節，直到誤差趨于零。可以采用If-then結構來構造模糊系統：

4 未來趨勢——智能化控制

隨著現代信息技術的不斷發展，智能化控制已被越來越多地運用到風力發電系統中。為了有效控制風力發電系統中的非線性因素與參數時變，可以采用模式識別、神經網絡、模糊控制等智能方法。通過這些智能控制的方法，可以對系統參數進行優化設計，使系統達到最優效果。

5 結論

在風力發電系統中，雙饋風力發電機受到越來越多的青睞。本文主要介紹了雙饋風力發電機的幾種控制策略，通過對其研究，有利于發電機組的技術改造，同時大力推動了我國風力發電機組的自主開發。

參考文獻

[1]陳家偉，陳杰，陳冉，等.變速風力發電機組自適應模糊控制技術[J].中國電機工程學報，2011，31（21）：93-101.

[2]楊偉歡，葉安麗，馬鴻雁.模糊控制在風力發電機組偏航控制系統中的應用[J].北京建筑工程學院學報，2011，27（3）：44-48.