雙饋風(fēng)電機(jī)組雙PWM變換器控制技術(shù)的發(fā)展

王姝 盧秀和

摘? 要：文章介紹了應(yīng)用在雙饋風(fēng)電機(jī)組的雙PWM變換器中網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的主要控制技術(shù)，對各自的原理、特點(diǎn)進(jìn)行分析與總結(jié)，并預(yù)測了未來控制技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：雙PWM變換器;矢量控制;直接功率控制

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)因其風(fēng)能利用率高、對風(fēng)速變化的適應(yīng)性強(qiáng)、功率因數(shù)可調(diào)、功率變換器容量小等優(yōu)點(diǎn)，能滿足用電負(fù)載和并網(wǎng)的要求，被廣泛地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。圖1所示即為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由于風(fēng)能的隨機(jī)性，功率變換器在非平穩(wěn)狀態(tài)下工作時(shí)間長，容易引起功率變換器損壞，導(dǎo)致機(jī)組斷開。因控制技術(shù)對功率變換器研究的重要性，本文就網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制方法進(jìn)行介紹。對比得出各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并基于研究現(xiàn)狀對以后的研究方向進(jìn)行預(yù)測。

2 網(wǎng)側(cè)變換器控制技術(shù)

網(wǎng)側(cè)變換器的控制目標(biāo)包括輸出恒定的直流電壓，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力較好，確保網(wǎng)側(cè)輸入正弦電流，功率因數(shù)接近于1，利用其無功調(diào)節(jié)能力參與電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)，提高風(fēng)電并網(wǎng)能力。

2.1 電流控制

電流控制技術(shù)主要包括間接電流控制技術(shù)和直接電流控制技術(shù)這兩種。間接電流控制是通過控制電網(wǎng)的三相電壓來檢測跟隨相電壓變化的相電流的變化。該方法結(jié)構(gòu)簡單，但直流電流存在偏置問題，動(dòng)態(tài)性能較差，目前應(yīng)用研究此方法的較少。直流電流控制是通過控制網(wǎng)側(cè)輸入電流進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能好，精度較高。

2.2 直接功率控制

該方法直接對瞬時(shí)功率進(jìn)行調(diào)制，優(yōu)點(diǎn)包括諧波少、功率因數(shù)高、控制結(jié)構(gòu)和算法簡單，但選用的開關(guān)表有局限性，致使動(dòng)態(tài)性能較差。

2.3 其他非線性控制

目前較常見的包括無源控制理論、反饋線性化理論、智能控制算法等。雖然這些算法使系統(tǒng)性能提高，但會(huì)使控制系統(tǒng)過于復(fù)雜。

3 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制技術(shù)

轉(zhuǎn)子側(cè)變換器通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子輸入電壓的頻率和幅值來控制定子輸出電壓的頻率和幅值，以滿足并網(wǎng)要求。該變換器的控制方法即為永磁同步電機(jī)的控制方法。

3.1 恒壓頻比控制

根據(jù)給定的速度參考值利用空間矢量調(diào)制技術(shù)，以輸出預(yù)期的控制電壓。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單成本低，但運(yùn)行速率低，功率因數(shù)低，動(dòng)態(tài)性能差，不穩(wěn)定，所以應(yīng)用較少。

3.2 矢量控制

利用坐標(biāo)變換進(jìn)行解耦，將電機(jī)的定子電流按照磁鏈的方向和與之垂直的方向分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別對這兩種電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。

3.3 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接對電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和定子的磁鏈進(jìn)行控制，無需解耦，算法結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)靜態(tài)性能好，但開關(guān)頻率不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生大量諧波。

3.4 直接功率控制

該方法具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，其中有一種利用瞬時(shí)功率開關(guān)表算法的直接功率算法，但系統(tǒng)穩(wěn)定性較差;還有通過對瞬時(shí)功率的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率的控制，可以保證動(dòng)靜態(tài)性能的要求，但是涉及到定子磁鏈脈動(dòng)的問題。但直接功率控制更多地對其應(yīng)用在網(wǎng)側(cè)變換器上，對轉(zhuǎn)子側(cè)研究較少。

4 控制技術(shù)發(fā)展方向

在實(shí)際應(yīng)用中，電網(wǎng)電壓是不穩(wěn)定的，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，造成電網(wǎng)的污染，所以對不平衡電網(wǎng)的研究十分必要。另外，智能控制算法雖然使得系統(tǒng)較復(fù)雜，但能較好地提高性能，可以考慮試著簡化復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本文綜述了雙饋風(fēng)電機(jī)組中網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的主要控制策略，對其原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比，并預(yù)測了未來的研究方向。隨著未來技術(shù)的發(fā)展，功率變換器的控制會(huì)得到進(jìn)一步優(yōu)化，更好地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電中。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐樂.雙饋風(fēng)電機(jī)組用雙PWM變換器研究[D].湖南大學(xué)，2007.

[2]趙潞翔.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率控制策略研究[D].北京林業(yè)大學(xué)，2016.

[3]盧鍇.雙饋型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制策略及風(fēng)電場建模研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

[4]許曉峰，曲春雨，王秀平，等.雙饋風(fēng)電機(jī)組PWM變換器的控制策略及其參數(shù)優(yōu)化[J].水電能源科學(xué)，2014，32（07）：202-204.