電網電壓不平衡下雙饋風力發電機控制策略研究

郭鑫

摘要：因為雙饋風力發電機能夠變速穩定的持續工作，所以在風力發電這一領域中得到了廣泛的應用。然而，在很多相對偏遠的地區，由于其地理位置的原因，導致了風力發電機與電力主網的聯接比較薄弱，所以電網電壓極其容易不穩定，當電網電壓不穩定的時候，雙饋感應發電機將不能穩定持續的工作，這樣一來就會對雙饋電機造成很大的損壞。本文主要就是針對電網電壓不穩定時，電網電壓的信號檢測和雙饋電機的控制策略進行的研究和分析。

關鍵詞：雙饋感應電機;鎖相環;正負序分量;控制策略

引言：

就目前來看，風力發電技術主要分為恒速恒頻技術和變速恒頻技術兩種。恒速恒頻類的發電機其轉速不能隨著風速的改變而自行發生改變，因此會對風能不能實現很好的利用，而且，當遇見大風天氣時，因為其不能自動變速，這就會對發電機的零件產生一定的損壞，從而降低它的使用壽命，但是升級后的變速恒頻類的發電機很好的改善了這一個缺點，所以變速恒頻發電機在風能的利用率上大大的提高了[1]。因此，這篇論文主要就是針對雙饋感應風力發電機在電網電壓不平衡的狀態下的控制策略的研究。

一、電網電壓不平衡的原因極其對雙饋風力發電機產生的影響

因為大部分的大型風電場都建在偏僻地的區，距離內陸很遠，所以它的傳輸線很長，這就成為了風力發電場接入主電網的一個弱點，同時，因為在實際的傳輸過程中，電力線路的阻抗容易出現絕緣老化，不對稱等情況，這就使線路的電壓不平衡。一旦出現電壓不平衡，就會對雙饋感應電機的正常運行產生影響。在不平衡電壓的影響下，雙饋感應電機中就容易出現負序分量，這種負序分量會在正序坐標下呈現出二倍頻的交流量，由于負序分量的存在會讓得定、轉子電流出現異常，進而導致定、轉子繞組中產生的熱量增多，電磁轉矩中出現波動，從而讓發電機的機械振動增強，而且噪聲增大;并且，二倍頻分量也會存在于發電機輸出的功率中，如果電網中被這樣的功率注入，電網的穩定性就會遭受對嚴重的影響，導致電網中的雙饋感應電機與電網解列，從而使得風力發電不能正常運行。

二、電網電壓不平衡下雙饋感應電機的建模與控制策略

雙饋感應電機的工作原理就是通過對轉子側轉換器的精確控制，實現對雙饋感應電機轉子中的勵磁調節，是實現雙饋感應電機能夠變速恒頻運行的關鍵所在。雙饋感應電機優于其他發電機的原因在它有三個可以調節變量：即勵磁電流的幅值、頻率和相位。改變磁電流幅值可以實現對無功功率的改變;改變頻率可以達到改變轉速的效果;改變它的相位能實現雙饋感應電機電勢與電壓之間相對位移的改變，這表明雙饋感應電機不僅僅可以對無功進行調整也可以實現對有有功進行調整[2]。以上說明，勵磁電流能否很好的控制將直接關系到雙饋發電機能否高效、穩定的運行。目前對勵磁電流的控制主要從兩個方面進行。

（一）通過對PI控制器的改進進行控制

當發電機的電壓出現波動或不平衡的時候，雙饋感應發電機的電流和定子電壓中會出現負序分量，而在正序坐標下負序分量會表現為二倍頻脈動量的形式，就是我們常說的交流量，但是傳統的 PI控制器沒有辦法對交流量進行控制，這樣就會直接導致定子三相繞組中出現發熱不均勻，過電流等現象，從而降低雙頻感應電機的工作效率，甚至損壞機器;除此之外，如果定子功率和電磁轉矩兩者之中都存在著二倍頻量，這就會讓發電機產生振動及噪聲增大，讓發電機的運行狀況持續惡化，進而損壞機器，降低其的使用壽命。所以，在設計變換器控制策略時要著重考慮這一問題。比如可以在 PI 控制基礎之上，通過增加諧振控制器，這樣一來，PI 控制器就可以直接控制直流分量，而諧振控制器就能過濾出去交流分量，通過層層把控這就會過濾掉每個電磁量中含有的二倍頻交流分量[3]。

（二）通過改進鎖相環技術進行控制

因為當出現不平衡電壓的時候正負序分量會存在于三相交流系統中的各個電磁量中，這就要求我們需要在定子電壓定向的控制策略的基礎上我們要對電壓的相位做出更加準確的追蹤，這時我們就需要精確的鎖相環對電網電壓產生鎖相控制。就目前來說，我們現在所使用的鎖相環技術是在PI控制器的基礎上進行的，它只可以在電網電壓穩定的情況下對電網電壓的相位和頻率進行精確快速的鎖定，但是如果電網電壓出現波動即不平衡的時候，PI控制器就沒有辦法對存在于電網電壓中的二倍頻分量進行精確的控制，所以這就直接導致了鎖相環沒有辦法對電網的頻率和相位進行正確、精準的追蹤定位，所以要解決電網電壓發生波動和平衡所產生的問題我們首先需要針對鎖相環技術進行更深刻的研究和控制。

結束語：

總的來說，風力發電在世界各國的經濟和科技的發展中都占據著重要的地位，而雙饋感應電機的變速恒頻發電是風力發電的核心內容，解決在電網電壓不平衡的情況下，雙饋感應電機的變速恒頻發電應該是現在所研究的重點。所以相關科研人員應該深刻了解和剖析其相關的工作原理，針對于各種問題進行改進，使的雙饋感應電機在電網電壓不平衡下也能實現高效穩定的發電，這對于未來實現能源替代，解決環境污染，實現可持續發展和構建未來堅強智能電網都有著重要的意義。

參考文獻：

[1]胡家兵，孫丹，賀益康等.電網電壓驟降故障下雙饋風力發電機建模與控制[J]電力系統自動化，2016 （08）：21-26.

[2]伍小杰，柴建云，王祥珩等.變速恒頻雙饋風力發電系統交流勵磁綜述[J]電力系統自動化，2014 （23）：92-96.

[3]張學廣，徐殿國，潘偉明等.基于電網電壓定向的雙饋風力發電機滅磁控制策略[J]電力系統自動化，2010 （07）：95-99.