電網(wǎng)電壓不平衡下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制策略研究

郭鑫

摘要：因?yàn)殡p饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠變速穩(wěn)定的持續(xù)工作，所以在風(fēng)力發(fā)電這一領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在很多相對(duì)偏遠(yuǎn)的地區(qū)，由于其地理位置的原因，導(dǎo)致了風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電力主網(wǎng)的聯(lián)接比較薄弱，所以電網(wǎng)電壓極其容易不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的時(shí)候，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)將不能穩(wěn)定持續(xù)的工作，這樣一來(lái)就會(huì)對(duì)雙饋電機(jī)造成很大的損壞。本文主要就是針對(duì)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定時(shí)，電網(wǎng)電壓的信號(hào)檢測(cè)和雙饋電機(jī)的控制策略進(jìn)行的研究和分析。

關(guān)鍵詞：雙饋感應(yīng)電機(jī);鎖相環(huán);正負(fù)序分量;控制策略

引言：

就目前來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要分為恒速恒頻技術(shù)和變速恒頻技術(shù)兩種。恒速恒頻類的發(fā)電機(jī)其轉(zhuǎn)速不能隨著風(fēng)速的改變而自行發(fā)生改變，因此會(huì)對(duì)風(fēng)能不能實(shí)現(xiàn)很好的利用，而且，當(dāng)遇見(jiàn)大風(fēng)天氣時(shí)，因?yàn)槠洳荒茏詣?dòng)變速，這就會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的零件產(chǎn)生一定的損壞，從而降低它的使用壽命，但是升級(jí)后的變速恒頻類的發(fā)電機(jī)很好的改善了這一個(gè)缺點(diǎn)，所以變速恒頻發(fā)電機(jī)在風(fēng)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(duì)雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓不平衡的狀態(tài)下的控制策略的研究。

一、電網(wǎng)電壓不平衡的原因極其對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的影響

因?yàn)榇蟛糠值拇笮惋L(fēng)電場(chǎng)都建在偏僻地的區(qū)，距離內(nèi)陸很遠(yuǎn)，所以它的傳輸線很長(zhǎng)，這就成為了風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)接入主電網(wǎng)的一個(gè)弱點(diǎn)，同時(shí)，因?yàn)樵趯?shí)際的傳輸過(guò)程中，電力線路的阻抗容易出現(xiàn)絕緣老化，不對(duì)稱等情況，這就使線路的電壓不平衡。一旦出現(xiàn)電壓不平衡，就會(huì)對(duì)雙饋感應(yīng)電機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。在不平衡電壓的影響下，雙饋感應(yīng)電機(jī)中就容易出現(xiàn)負(fù)序分量，這種負(fù)序分量會(huì)在正序坐標(biāo)下呈現(xiàn)出二倍頻的交流量，由于負(fù)序分量的存在會(huì)讓得定、轉(zhuǎn)子電流出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的熱量增多，電磁轉(zhuǎn)矩中出現(xiàn)波動(dòng)，從而讓發(fā)電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)增強(qiáng)，而且噪聲增大;并且，二倍頻分量也會(huì)存在于發(fā)電機(jī)輸出的功率中，如果電網(wǎng)中被這樣的功率注入，電網(wǎng)的穩(wěn)定性就會(huì)遭受對(duì)嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致電網(wǎng)中的雙饋感應(yīng)電機(jī)與電網(wǎng)解列，從而使得風(fēng)力發(fā)電不能正常運(yùn)行。

二、電網(wǎng)電壓不平衡下雙饋感應(yīng)電機(jī)的建模與控制策略

雙饋感應(yīng)電機(jī)的工作原理就是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器的精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁調(diào)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)電機(jī)能夠變速恒頻運(yùn)行的關(guān)鍵所在。雙饋感應(yīng)電機(jī)優(yōu)于其他發(fā)電機(jī)的原因在它有三個(gè)可以調(diào)節(jié)變量：即勵(lì)磁電流的幅值、頻率和相位。改變磁電流幅值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的改變;改變頻率可以達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的效果;改變它的相位能實(shí)現(xiàn)雙饋感應(yīng)電機(jī)電勢(shì)與電壓之間相對(duì)位移的改變，這表明雙饋感應(yīng)電機(jī)不僅僅可以對(duì)無(wú)功進(jìn)行調(diào)整也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有有功進(jìn)行調(diào)整[2]。以上說(shuō)明，勵(lì)磁電流能否很好的控制將直接關(guān)系到雙饋發(fā)電機(jī)能否高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。目前對(duì)勵(lì)磁電流的控制主要從兩個(gè)方面進(jìn)行。

（一）通過(guò)對(duì)PI控制器的改進(jìn)進(jìn)行控制

當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)或不平衡的時(shí)候，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電流和定子電壓中會(huì)出現(xiàn)負(fù)序分量，而在正序坐標(biāo)下負(fù)序分量會(huì)表現(xiàn)為二倍頻脈動(dòng)量的形式，就是我們常說(shuō)的交流量，但是傳統(tǒng)的 PI控制器沒(méi)有辦法對(duì)交流量進(jìn)行控制，這樣就會(huì)直接導(dǎo)致定子三相繞組中出現(xiàn)發(fā)熱不均勻，過(guò)電流等現(xiàn)象，從而降低雙頻感應(yīng)電機(jī)的工作效率，甚至損壞機(jī)器;除此之外，如果定子功率和電磁轉(zhuǎn)矩兩者之中都存在著二倍頻量，這就會(huì)讓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)及噪聲增大，讓發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況持續(xù)惡化，進(jìn)而損壞機(jī)器，降低其的使用壽命。所以，在設(shè)計(jì)變換器控制策略時(shí)要著重考慮這一問(wèn)題。比如可以在 PI 控制基礎(chǔ)之上，通過(guò)增加諧振控制器，這樣一來(lái)，PI 控制器就可以直接控制直流分量，而諧振控制器就能過(guò)濾出去交流分量，通過(guò)層層把控這就會(huì)過(guò)濾掉每個(gè)電磁量中含有的二倍頻交流分量[3]。

（二）通過(guò)改進(jìn)鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行控制

因?yàn)楫?dāng)出現(xiàn)不平衡電壓的時(shí)候正負(fù)序分量會(huì)存在于三相交流系統(tǒng)中的各個(gè)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(chǔ)上我們要對(duì)電壓的相位做出更加準(zhǔn)確的追蹤，這時(shí)我們就需要精確的鎖相環(huán)對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生鎖相控制。就目前來(lái)說(shuō)，我們現(xiàn)在所使用的鎖相環(huán)技術(shù)是在PI控制器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它只可以在電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的情況下對(duì)電網(wǎng)電壓的相位和頻率進(jìn)行精確快速的鎖定，但是如果電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)即不平衡的時(shí)候，PI控制器就沒(méi)有辦法對(duì)存在于電網(wǎng)電壓中的二倍頻分量進(jìn)行精確的控制，所以這就直接導(dǎo)致了鎖相環(huán)沒(méi)有辦法對(duì)電網(wǎng)的頻率和相位進(jìn)行正確、精準(zhǔn)的追蹤定位，所以要解決電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)和平衡所產(chǎn)生的問(wèn)題我們首先需要針對(duì)鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行更深刻的研究和控制。

結(jié)束語(yǔ)：

總的來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電在世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展中都占據(jù)著重要的地位，而雙饋感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻發(fā)電是風(fēng)力發(fā)電的核心內(nèi)容，解決在電網(wǎng)電壓不平衡的情況下，雙饋感應(yīng)電機(jī)的變速恒頻發(fā)電應(yīng)該是現(xiàn)在所研究的重點(diǎn)。所以相關(guān)科研人員應(yīng)該深刻了解和剖析其相關(guān)的工作原理，針對(duì)于各種問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，使的雙饋感應(yīng)電機(jī)在電網(wǎng)電壓不平衡下也能實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的發(fā)電，這對(duì)于未來(lái)實(shí)現(xiàn)能源替代，解決環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建未來(lái)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)都有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡家兵，孫丹，賀益康等.電網(wǎng)電壓驟降故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與控制[J]電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016 （08）：21-26.

[2]伍小杰，柴建云，王祥珩等.變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)交流勵(lì)磁綜述[J]電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014 （23）：92-96.

[3]張學(xué)廣，徐殿國(guó)，潘偉明等.基于電網(wǎng)電壓定向的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)滅磁控制策略[J]電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010 （07）：95-99.