直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流器控制技術(shù)研究

摘 要:直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流器控制技術(shù)的全面應(yīng)用可以提升風(fēng)電能量轉(zhuǎn)化效率，為電網(wǎng)輸出優(yōu)質(zhì)電能創(chuàng)造有利的條件。通過對背靠背雙PWM全功率變流器技術(shù)分析，可以更好的對風(fēng)電變流器進行電流控制，最終可以找出最優(yōu)的控制方案，具體為網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)、電機側(cè)變流控制技術(shù)，二者的有效利用對優(yōu)化直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)電流控制具有十分重要的價值。

關(guān)鍵詞:直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng) 變流器 控制

中圖分類號:TM46;TM614文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0086-01

1 引言

風(fēng)力發(fā)電和電網(wǎng)連接過程中把電力電子變流器作為接口，因此在直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，一方面可以對電網(wǎng)輸出優(yōu)質(zhì)的電能，另一方面對風(fēng)力發(fā)電機進行全面控制，同時還需要對低電壓穿越功能進行實現(xiàn)。因此對并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電裝置提出了新的要求，此類要求主要包括無功功率控制、有功功率控制、頻率控制、電壓、電能質(zhì)量控制、故障穿越功能控制等。此類控制模式要求風(fēng)力發(fā)電需要逐步承擔(dān)類似傳統(tǒng)火力發(fā)電場的基本功能，也是新能源創(chuàng)新發(fā)展的一個重要方向[1]。

當(dāng)前所使用的背靠背雙PWM全功率變流器在直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)控制過程中發(fā)揮重要的作用，具有良好的功能和性能。因此需要以背靠背雙PWM全功率變流器為直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)研究對象，從而能夠更好的找出側(cè)網(wǎng)變流器控制基本策略，對系統(tǒng)故障穿越控制策略也、機側(cè)變流器控制策略實施產(chǎn)生重要的作用。

2 背靠背雙PWM全功率變流器技術(shù)分析

直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的背靠背雙PWM全功率變流器在電力系統(tǒng)全功率控制過程中發(fā)揮重要的作用，其由兩個三相電壓型變流器電路構(gòu)成，發(fā)電機定子主要是通過背靠背變流器與電網(wǎng)進行連接。發(fā)電機側(cè)PWM變流器主要是通過調(diào)節(jié)定子側(cè)的q軸和d軸的電流，最終能夠?qū)Πl(fā)動機定子的無功功率和電磁轉(zhuǎn)矩進行控制，在無功功率的情況下把其值設(shè)為0，發(fā)電機運行過程中需要讓變速器處于恒頻狀態(tài)，額定風(fēng)速下需要對風(fēng)能進行有效的捕捉，從而能夠獲取有效的電能[2]。網(wǎng)側(cè)PWM變流器需要對d軸和q軸電流進行調(diào)節(jié)和控制，從而能夠保持直流側(cè)電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，最終能夠?qū)o功功率和有功功率進行解耦控制，電流運行過程中通常在單位功率因數(shù)狀態(tài)，因此系統(tǒng)設(shè)計過程中需要提高注入電網(wǎng)的電網(wǎng)質(zhì)量。

3 直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)電機側(cè)變流器控制策略

值驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)電氣側(cè)變流器需要對電機進行全面的控制，具體研究過程中需要以電機為研究對象，對電機能量輸入變流進行控制，主要是采取電磁轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。因此電機側(cè)變流器控制主要對永磁同步電機進行控制，然后通過建模的方法對電流運行狀況進行分析。直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)主要控制策略包括無速度傳感器控制策略、直接轉(zhuǎn)矩控制策略、電機矢量控制策略、直接功率控制策略，通過對電機進行全面控制可以提高風(fēng)能的整體利用率。風(fēng)力利用率是風(fēng)電系統(tǒng)實施過程中的重要指標(biāo)，需要對最大功率點進行有效性控制，其中最典型的方法包括功率反饋法、葉端速比法、登山搜索法等。

3.1 從葉端速比法角度分析

葉端速比法控制過程中主要比較直觀、簡單，但是在實施過程中需要測量風(fēng)輪上的風(fēng)速，對精確風(fēng)速的測算是比較難實現(xiàn)的事情。另外最優(yōu)功率值與風(fēng)電機和風(fēng)機都有很大的關(guān)系，因此在不同的系統(tǒng)中采取不同的控制模式，通過風(fēng)速控制，可以檢測負載功率，從而能夠形成風(fēng)力能源系統(tǒng)，保證對系統(tǒng)變流器進行全面控制。

3.2 從登山搜索法角度分析

登山搜索法可以對風(fēng)電系統(tǒng)變流器進行有效性控制，一般情況下把其結(jié)合到機側(cè)變流器控制策略中，主要通過網(wǎng)側(cè)變流器對電流進行直接和間接控制。登山搜索法控制算法擁有自身的優(yōu)勢，具體實施過程中與發(fā)電機和風(fēng)機特性無關(guān)，從變速風(fēng)機角度看，不需要對其進行預(yù)先實驗和計算，可以對系統(tǒng)方便的控制[3]。設(shè)計過程中不需要對風(fēng)速進行測量，因此控制器構(gòu)成相對比較準(zhǔn)確簡單，小慣量系統(tǒng)可以直接使用，如果是較大慣量系統(tǒng)需要與最大功率點跟蹤控制法結(jié)合在一起，從而能夠找出最佳響應(yīng)時間點。

4 直驅(qū)網(wǎng)側(cè)變流器控制策略

三相電壓型PWM變流器對電流器控制，可以保持電流穩(wěn)定，提高風(fēng)力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)變效率。此技術(shù)近幾年廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電等場合，其數(shù)學(xué)模型、設(shè)計方法、控制策略已經(jīng)成為當(dāng)前研究的重點。網(wǎng)側(cè)控制器最終目標(biāo)是對電網(wǎng)電流進行控制，電流控制過程中可以達到快速動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度效果?？刂撇呗詫嵤┻^程中可以分為直接電流控制和間接電流控制兩種。間接電流控制其實是對變流器交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值進行控制，不對電流進行信息反饋，因此實施過程中會不可避免的出現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流動態(tài)響應(yīng)慢的問題，同時對系統(tǒng)參數(shù)的變化情況反映速度處于很低的狀態(tài)，當(dāng)前需要對其進行優(yōu)化改進，采取直接電流控制技術(shù)，從而能夠有效避免響應(yīng)速度慢的問題[4]。從直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)性能控制角度看，各種控制方法都有自身的優(yōu)缺點，在不同的場合下采取不同的方法，這樣可以取長補短、相互結(jié)合。電流控制過程中還可以采取模糊控制、預(yù)測控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等方法，但是這些方法在實現(xiàn)過程中相對比較復(fù)雜，實時性差，因此可以采取一些新的方法，把其運用到電力電子裝置中去，具體為。

4.1 重復(fù)控制技術(shù)

重復(fù)控制技術(shù)主要從內(nèi)模角度對電流控制，從理論角度看是對諧波信號進行無差錯控制，其原理運用中主要是對重復(fù)內(nèi)模進行諧波信號檢測，主要是以電網(wǎng)在周期為步長進行積分測量，從而能夠提高風(fēng)力發(fā)電的整體效益。諧波信號具有重復(fù)周期性的特點，所以可以通過周期延時策略，運用超前環(huán)節(jié)低效開環(huán)系統(tǒng)的相互滯后問題，最終能夠滿足直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本要求。重復(fù)控制實施過程中最大的優(yōu)點是能夠?qū)θl段的諧波進行高精度有效性控制，并且對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求不高，簡單結(jié)構(gòu)便能實現(xiàn)其功能，具有實現(xiàn)簡單、適用于不同模式的諧波應(yīng)用場合。

4.2 比例諧波控制技術(shù)

比例諧波控制與重復(fù)控制存在很多的差異性，控制器可以對諧波信號進行分析，保證其處于高增益的狀態(tài)，并且能夠?qū)ζ溥M行內(nèi)模控制[5]。而兩者也存在一定的區(qū)別，諧波控制器主要是對某一個特定諧波進行無差異性控制，如果需要對若干個諧波信號進行跟蹤處理，必須與控制器的數(shù)量對應(yīng)起來，因此造成整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而實現(xiàn)起來存在很大的難度，而重復(fù)控制使用過程中只需要一個內(nèi)模便可對所有的諧波進行有效性控制，因此整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，諧波控制數(shù)字實現(xiàn)過程中對程序算法的精度要求比較高，因此出現(xiàn)差錯的幾率較小。

5 結(jié)語

直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域已經(jīng)得到重要的應(yīng)用，但是其技術(shù)實現(xiàn)還存在很多的缺陷，這將是未來研究的方向。系統(tǒng)實施過程主要從直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)機側(cè)變流器控制策略、故障穿越控制策略、網(wǎng)側(cè)變流器控制策略等方面進行技術(shù)分析，并且對未來技術(shù)發(fā)展趨勢進行分析，為后續(xù)研究工作的順利開展奠定了重要基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 張笑微，李永東，劉軍.PWM整流器電流控制策略的研究[J].電工技術(shù)雜志，2003(12).