風(fēng)電機(jī)組的控制及并網(wǎng)11

1、風(fēng)電機(jī)組的控制及并網(wǎng)等問(wèn)題的研究 黃守道黃守道湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院一 前言v1、風(fēng)力發(fā)電研究的背景和意義 風(fēng)力發(fā)電是電力可持續(xù)發(fā)展的最佳戰(zhàn)略。技術(shù)創(chuàng)新使風(fēng)電技術(shù)日益成熟，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，風(fēng)電作為一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而將帶來(lái)的巨大前景。風(fēng)力發(fā)電將能迅速緩解我國(guó)能源急需和電力短缺的局面，是解決邊遠(yuǎn)農(nóng)村供電的重要途徑，減少資源消耗和環(huán)境污染,減少溫室氣體等有害氣體的排放,緩解全球變暖,保護(hù)環(huán)境，有著巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,中央把風(fēng)力發(fā)電自主創(chuàng)新提高到戰(zhàn)略高度，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化對(duì)于我國(guó)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。v近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電在技術(shù)上日趨成熟，商業(yè)化應(yīng)用不斷提高

2、，同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電的成本也在不斷降低，這為充分利用風(fēng)能提供了諸多有利條件。現(xiàn)就當(dāng)前流行的幾種風(fēng)電系統(tǒng)的控制方式和風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的相關(guān)問(wèn)題做下簡(jiǎn)單介紹二 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)v風(fēng)力發(fā)電技術(shù)經(jīng)歷了從恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)到變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)的演變過(guò)程。早期的風(fēng)電系統(tǒng)中大多采用恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)，恒速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，其運(yùn)行范圍比較窄，因此逐步被后來(lái)的變速恒頻系統(tǒng)所取代。變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速能隨風(fēng)速的變換而變換，能夠按照最佳效率運(yùn)行，變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)是當(dāng)今風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。 變速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，而通過(guò)其他控制方式來(lái)得到恒頻電能。采用變速恒頻發(fā)電方式,

3、就可按照捕獲最大風(fēng)能的要求,在風(fēng)速變化的情況下實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速,使之始終運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速上,從而提高了機(jī)組發(fā)電效率,優(yōu)化了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行條件。 圖2.1 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖 (1)風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。(2)變速齒輪箱進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換，將風(fēng)力機(jī)的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)運(yùn)行所需要的高轉(zhuǎn)速。(3)風(fēng)力發(fā)電發(fā)電機(jī)把風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?4)發(fā)電機(jī)側(cè)變流器由自關(guān)斷器件（如GIR、IGBT、GTO等）構(gòu)成的AC/DC變流器，采用一定的控制方法將發(fā)電機(jī)發(fā)出的變頻的交流轉(zhuǎn)換為直流。(5)直流環(huán)節(jié)：一般直流環(huán)節(jié)的電壓控制為恒定。(6)網(wǎng)側(cè)變流器由自關(guān)斷器件構(gòu)成的DC/AC變流器，采用某種控制方法使直

4、流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗾也ń涣麟姡ㄈ?0Hz、690V的三相交流電），并能有效的補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)。(7)變壓器通過(guò)變壓器以及一些開(kāi)關(guān)設(shè)備和保護(hù)設(shè)備，把電能變?yōu)楦邏航涣麟姡ㄈ?1kV或33kV等）。2.1 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi) v在變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中，主要有以下幾種風(fēng)電系統(tǒng)：(a)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng); (b)繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng);(c) 異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng);(d)無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng); 但目前應(yīng)用較為廣泛且較有發(fā)展前景的主要是雙饋式和永磁直驅(qū)式。 圖2.2 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)v永磁直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)輪與永磁同步發(fā)電機(jī)直接相連，無(wú)需升速齒輪箱，同時(shí)轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無(wú)需勵(lì)磁繞組，因

5、此不存在勵(lì)磁繞組的損耗，提高了效率。另外轉(zhuǎn)子上沒(méi)有滑環(huán)，運(yùn)行更加安全可靠。v缺點(diǎn)是永磁體增加了電機(jī)的成本，永磁物質(zhì)具去磁性，并且電機(jī)的功率因數(shù)不可控。 永磁直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)是未來(lái)風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 圖2.3 繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)v它的優(yōu)點(diǎn)是： 1：減小了逆變器損失，因?yàn)槟孀兤鞴β手恍铻檎麄€(gè)系統(tǒng)總功率的1/4，這是因?yàn)樽兞髌髦恍枰刂妻D(zhuǎn)子滑差功率。 2：減小逆變器和電磁噪聲濾波損失。 3：在外部擾動(dòng)下，雙饋電機(jī)具有更好的魯棒性和可靠性。v雙饋電機(jī)的缺點(diǎn)就是使用滑環(huán)，需要定期維修，這極為不方便，尤其是用于海上風(fēng)力發(fā)電時(shí)。 圖2.4 異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)v使用異步電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

6、1：異步電機(jī)相當(dāng)結(jié)實(shí)，無(wú)電刷，可靠，經(jīng)濟(jì)而普遍。2：整流器可產(chǎn)生用于電機(jī)的可調(diào)勵(lì)磁。3：快速瞬態(tài)響應(yīng)。4：當(dāng)有剩余容量時(shí)，逆變器可作為無(wú)功或諧波補(bǔ)償器。v它的缺點(diǎn)主要有：1：復(fù)雜的系統(tǒng)控制（FOC），其性能依靠對(duì)于電機(jī)參數(shù)的了解，而電機(jī)參數(shù)是隨溫度和頻率而變化。2：為了滿足電機(jī)的磁場(chǎng)需要，定子側(cè)變流器容量要比額定功率高3040%。 圖2.5 無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)v這種采用無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，降低變頻器的容量外，還可實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的靈活控制，對(duì)電網(wǎng)而言可起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑫r(shí)發(fā)電機(jī)本身沒(méi)有滑環(huán)和電刷，既降低了電機(jī)的成本，又提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 變速恒頻風(fēng)力發(fā)

7、電系統(tǒng)的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)目刂疲癸L(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速可變，使風(fēng)力機(jī)的尖速比處于或接近于最佳值，從而最大限度的利用風(fēng)能。2.2 變速恒頻機(jī)組的控制圖2.6 風(fēng)力機(jī)的輸出功率與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖v變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行分三個(gè)階段。(1)起動(dòng)階段。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)撵o止上升到切入速度。在切入速度以下，發(fā)電機(jī)并沒(méi)有工作，機(jī)組在風(fēng)力作用下作機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，并不涉及發(fā)電機(jī)變速的控制。(2) 在變速運(yùn)行階段。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速被控制以跟蹤風(fēng)速的變化，從而獲取最大的能量。(3)功率恒定階段。在額定風(fēng)速以上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械和電氣極限要求轉(zhuǎn)子速度和輸出功率維持在限定值

8、以下。 圖2.7 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制框圖根據(jù)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同區(qū)域的運(yùn)行將基本控制策略確定為：(1)低于額定風(fēng)速時(shí)，通過(guò)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而能在在變速運(yùn)行區(qū)域跟蹤曲線，風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到給定的功率-轉(zhuǎn)速曲線控制，獲得最大能量。(2)風(fēng)力機(jī)在高于額定風(fēng)速時(shí)，進(jìn)入功率恒定區(qū)，通過(guò)對(duì)槳距角和發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的控制，跟蹤曲線，并保持輸出穩(wěn)定。圖2.8變速恒頻風(fēng)力機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系圖三三 基于雙基于雙PWM的永磁直驅(qū)式風(fēng)力的永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制v由于風(fēng)速的隨機(jī)性，輸入到發(fā)電機(jī)的能量也在不斷地變化，然而，同步發(fā)電

9、機(jī)的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間是剛性耦合的，不可直接并網(wǎng)?，F(xiàn)在一般采取的方法是在同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間采用交-直-交變頻系統(tǒng)，使得這一問(wèn)題得到解決，該系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：v1、由于采用交-直-交變頻系統(tǒng)，使發(fā)電機(jī)組工作頻率與電網(wǎng)頻率相互獨(dú)立，因此不必?fù)?dān)心并網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的失步問(wèn)題。發(fā)電機(jī)可以運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速下，最大限度地捕捉風(fēng)能。v2、采用變頻裝置進(jìn)行輸出控制，并網(wǎng)時(shí)沒(méi)有電流沖擊，對(duì)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響。v目前在變速恒頻發(fā)電領(lǐng)域中，直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)組較受歡迎。永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有勵(lì)磁繞組，節(jié)省了電機(jī)的用銅量，無(wú)電刷，無(wú)滑環(huán)，消除了轉(zhuǎn)子損耗，運(yùn)行可靠。直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)直接耦合，省去了變速箱，提高可靠

10、性，減少系統(tǒng)噪聲，降低了維護(hù)成本。是未來(lái)風(fēng)電機(jī)組發(fā)展的一個(gè)重要方向。 圖3.1 基于雙PWM的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖 采用了低速（多級(jí)）交流同步永磁發(fā)電機(jī)，因此在風(fēng)力機(jī)與交流發(fā)電機(jī)之間不需要安裝升速齒輪箱 。優(yōu)點(diǎn)主要有以下：(1)不采用齒輪箱，使機(jī)組的工作壽命更加有保障。(2)避免了齒輪箱部件的維修及更換。(3)由于發(fā)電機(jī)具有大的表面，散熱條件更加有利，可以使發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升降低，減小發(fā)電機(jī)溫升的起伏。(4)使用這種風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)，在低風(fēng)速時(shí)也具有較高的效率。 采用PWM整流器可以對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行控制，從而降低了發(fā)電機(jī)的銅耗和鐵耗，并且PWM整流器可提供幾乎為正弦的電流，因而減少了發(fā)電機(jī)側(cè)的諧波

11、電流。直流環(huán)節(jié)并有一大電容，可維持電壓恒定。電網(wǎng)側(cè)串聯(lián)電感可用于濾波。通過(guò)控制系統(tǒng)的控制，將永磁電機(jī)發(fā)出的變頻變幅值電壓通過(guò)網(wǎng)側(cè)逆變器轉(zhuǎn)化為可用的恒頻電壓，并達(dá)到俘獲最大風(fēng)能的目的。 圖3.2 永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制框圖v對(duì)于發(fā)電機(jī)側(cè)的整流器，在同步旋轉(zhuǎn)(d,q)坐標(biāo)系中采取電流矢量解耦控制，從而可以獨(dú)立控制有功無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制?？刂平Y(jié)構(gòu)如圖3.2所示,采用速度外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制方式。其中外環(huán)速度參考值由最大功率點(diǎn)跟蹤算法得出,它根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和輸出有功功率的變化得出一個(gè)最優(yōu)的參考速度，發(fā)電機(jī)在該轉(zhuǎn)速下運(yùn)行便能獲得最大的能量。 v參考速度w*與實(shí)際電機(jī)速度w相比較，通

12、過(guò)比例積分控制器得到有功電流參考iq*。令無(wú)功電流參考id=0，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩T=kiq，即發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與有功電流iq成正比，可以通過(guò)調(diào)節(jié)iq跟從iq*來(lái)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速w，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為給定的最優(yōu)轉(zhuǎn)速的w* 。 v通過(guò)逆變器控制，保持了直流電壓的恒定，使其能穩(wěn)定的向電網(wǎng)輸送電能，并且通過(guò)電流內(nèi)環(huán)解耦控制，逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的頻率始終為一致，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)無(wú)功需求為0時(shí)能保持功率因素為一，并且在特殊情況時(shí)能向電網(wǎng)提供無(wú)功功率。v其中給定直流電壓Ud*與實(shí)際檢測(cè)到的直流連接環(huán)電壓Ud相比較，所得誤差信號(hào)經(jīng)比例積分控制器調(diào)節(jié)產(chǎn)生有功參考電流iq*，而無(wú)功功率外環(huán)產(chǎn)

13、生無(wú)功電流id*。電壓環(huán)外環(huán)控制直流電壓穩(wěn)定，可以使逆變器穩(wěn)定地向電網(wǎng)傳輸功率，而無(wú)功功率環(huán)控制逆變器輸出無(wú)功功率，從而滿足電網(wǎng)對(duì)于無(wú)功功率的要求。電流內(nèi)環(huán)依然采用基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的解耦控制，采用比例積分調(diào)節(jié)器作為電流環(huán)的控制器。 v通過(guò)電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)作用可得到控制整流器所需的電壓信號(hào)，采用SPWM調(diào)制法對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，即信號(hào)波與三角載波進(jìn)行比較得開(kāi)關(guān)信號(hào)Su,Sv,Sw對(duì)IGBT開(kāi)關(guān)進(jìn)行關(guān)斷和開(kāi)通，即可實(shí)現(xiàn)控制目的。也可以采用空間矢量PWM調(diào)制法(SVPWM)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。無(wú)論是在減小電動(dòng)機(jī)電流諧波損耗，消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，提高控制系統(tǒng)性能，還是從逆變器直流側(cè)電壓利用率方面看，采用空間矢量方法調(diào)制都具

14、有明顯的優(yōu)勢(shì)。 v采用Matlab7.0中Simulink根據(jù)PWM整流器的數(shù)學(xué)模型以及控制模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。取仿真參數(shù)為電機(jī)側(cè)交流電壓為500v，頻率為10赫茲，給定直流電壓U*為1300v，電網(wǎng)側(cè)交流電壓為220V，頻率為50赫茲。 圖3.3 直流電壓Udc仿真圖00.050.10.150.20.250.30.350.4-100100300500700900110013001500tUdc從圖3.3可以看出，在PWM控制下實(shí)際的直流電壓Udc迅速跟從給定的Udc*=1300V，保持了直流連接電壓為恒定值。v圖3.4 發(fā)電機(jī)輸出的電壓和電流仿真圖00.020.040.060.080.1

15、0.120.140.160.180.2-500-400-300-200-1000100200300400500tUeu,ieu圖3.4為發(fā)電機(jī)輸出的電壓Ueu和電流ieu，其頻率為10赫茲，從圖中可以看出，通過(guò)0.06秒時(shí)間的調(diào)節(jié)，電流迅速穩(wěn)定下來(lái)，與發(fā)電機(jī)輸出電壓相位保持一致，即發(fā)電機(jī)側(cè)的功率因數(shù)為1。圖3.5電網(wǎng)側(cè)逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電流仿真圖00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-250-200-150-100-50050100150200250tUsa,isa上圖為電網(wǎng)側(cè)輸出電壓Usa和輸出電流isa，由圖可以看出，經(jīng)過(guò)逆變器的控制，輸出電流由原

16、來(lái)的10赫茲變?yōu)?0赫茲，與電網(wǎng)頻率完全同步，并且同電網(wǎng)電壓相位也保持一致，功率因數(shù)控制為一。圖3.6 電網(wǎng)側(cè)逆變器輸出電流仿真圖00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-30-25-20-15-10-5051015202530tisa 在00.1秒時(shí)，電網(wǎng)側(cè)給定交流電流的幅值大小為給定is*=20A，在0.1秒以后，突然變化為25A。從圖可以看出當(dāng)給定is*發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)直接電流PWM控制，電網(wǎng)電流的幅值能即時(shí)從20A變化到25A，跟從給定電流的變化，具有非常好的調(diào)節(jié)效果。四四 雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制及并網(wǎng)雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制及并網(wǎng)圖圖4.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組的

17、控制原理圖雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制原理圖4.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制原理雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制原理v交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電是在雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子中施加轉(zhuǎn)差頻率的電壓(或電流)進(jìn)行勵(lì)磁,調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓的幅值、頻率和相位,實(shí)現(xiàn)定子恒頻恒壓輸出。交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)原理性示意圖如上圖所示，發(fā)電機(jī)為三相繞線式異步發(fā)電機(jī),定子繞組并網(wǎng),轉(zhuǎn)子繞組外接三相轉(zhuǎn)差頻率變頻器實(shí)現(xiàn)交流勵(lì)磁。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率fm變化時(shí),控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率f2確保定子輸出頻率f1恒定。設(shè)p為極對(duì)數(shù),則有 f1 = pfm f2 在不計(jì)鐵耗和機(jī)械損耗的情況下, 可以得到雙饋發(fā)電機(jī)的能量流動(dòng)關(guān)系v式中, Pmech 轉(zhuǎn)子軸上輸入的機(jī)械功率; Pf

18、轉(zhuǎn)子回饋功率; P1 定子輸出功率; Pcu1 定子繞組銅耗; Pcu2 轉(zhuǎn)子繞組銅耗; s轉(zhuǎn)差率。在忽略定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗條件下,可近似為 Pf sP1112112()mechfcucufcucuPPPPPPs PPPv由此可知, 當(dāng)發(fā)電機(jī)處于亞同步速運(yùn)行時(shí), s 0, Pf 0,變頻器向轉(zhuǎn)子繞組送入有功功率;當(dāng)發(fā)電機(jī)處于超同步速運(yùn)行時(shí), s 0, Pf 0,轉(zhuǎn)子繞組向變頻器送入有功功率;當(dāng)發(fā)電機(jī)處于同步速運(yùn)行時(shí), s = 0, Pf = 0,變頻器不向轉(zhuǎn)子繞組提供有功功率。4.2 雙饋發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁用變頻器雙饋發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁用變頻器圖圖4.2 雙雙PWM變頻器主電路變頻器主電路v交流勵(lì)磁雙饋

19、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變頻器的結(jié)構(gòu)如圖所示。它分別由兩個(gè)“背靠背”連接的電壓型PWM變換器(分別記為轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和網(wǎng)側(cè)變換器,總稱(chēng)為雙PWM變換器)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器向轉(zhuǎn)子繞組饋入所需的勵(lì)磁電流,完成定子勵(lì)磁定向矢量控制任務(wù),實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲和定子輸出無(wú)功的調(diào)節(jié)。當(dāng)電機(jī)亞同步速運(yùn)行時(shí),往轉(zhuǎn)子中注入能量,作逆變器運(yùn)行;當(dāng)電機(jī)超同步速運(yùn)行時(shí),從轉(zhuǎn)子中吸收能量,作整流器運(yùn)行,并通過(guò)網(wǎng)側(cè)變換器將能量回饋到電網(wǎng);當(dāng)電機(jī)以同步速運(yùn)行時(shí),向轉(zhuǎn)子饋入直流勵(lì)磁電流,實(shí)際作為斬波器運(yùn)行。網(wǎng)側(cè)變換器運(yùn)行模式與此類(lèi)似,配合轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。此外,網(wǎng)側(cè)變換器還需控制直流母線電壓恒定以及調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的功率因

20、數(shù),使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)更加靈活。4.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制圖圖4.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制框圖雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制框圖A B C電網(wǎng)v采用磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的功 率解耦控制，有功功率P無(wú)功功率Q 分別與定子電流在m、t 軸上的分量成正比調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩電流分量it1和勵(lì)磁電流分量im1可分別獨(dú)立地調(diào)節(jié)P和Q，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制。4.4 雙饋風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)v發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件為：定子電壓和電網(wǎng)電壓的幅值頻率以及相位相同。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制就是在并網(wǎng)之前調(diào)節(jié)定子電壓，滿足并網(wǎng)條件后進(jìn)行并網(wǎng)操作。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前定子空載，并網(wǎng)控制的實(shí)質(zhì)就是依據(jù)電網(wǎng)電壓（頻率相位和幅值）信息，通過(guò)變換器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流

21、，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子電壓符合并網(wǎng)條件v在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)與網(wǎng)側(cè)是柔性連接關(guān)系，可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)，避免并網(wǎng)時(shí)發(fā)生的電流沖擊和過(guò)大的電壓波動(dòng)。v雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有： (1)空載并網(wǎng)空載并網(wǎng) (2)帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng) (3)孤島并網(wǎng)孤島并網(wǎng)空載并網(wǎng)空載并網(wǎng)空載并網(wǎng)方式并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)不帶負(fù)載,不參與能量和轉(zhuǎn)速的控制。為了防止在并網(wǎng)前發(fā)電機(jī)的能量失衡而引起的轉(zhuǎn)速失控,應(yīng)由原動(dòng)機(jī)來(lái)控制發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。有文獻(xiàn)介紹了雙饋電機(jī)空載并網(wǎng)控制，將矢量變換技術(shù)移植到發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制上，提出了一種基于定子磁鏈定向方式的空載并網(wǎng)控制策略。圖4.4給出了該種控制策略的控制框圖。交流發(fā)電

22、機(jī)并網(wǎng)條件是發(fā)電機(jī)輸出電壓和電網(wǎng)電壓在幅值頻率以及相位上完全相同。因而并網(wǎng)之前應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時(shí)進(jìn)行并網(wǎng)操作。圖圖4.4空載并網(wǎng)控制空載并網(wǎng)控制v帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式并網(wǎng)前接有負(fù)載,發(fā)電機(jī)參與原動(dòng)機(jī)的能量控制,表現(xiàn)在一方面改變發(fā)電機(jī)的負(fù)載、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的能量輸出,另一方面在負(fù)載一定的情況下,改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí),改變能量在電機(jī)內(nèi)部的分配關(guān)系。前一種作用實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)能量的粗調(diào),后一種實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)能量的細(xì)調(diào)。帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式,發(fā)電機(jī)具有一定的能量調(diào)節(jié)作用,可與原動(dòng)機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制,降低了對(duì)原動(dòng)機(jī)調(diào)速能力的要求,但控制復(fù)雜,需要進(jìn)行電壓補(bǔ)償和檢測(cè)更多的電壓、電流量。 帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式輕型直流輸電技術(shù)（HVDC Light）在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用v輕型直流輸電（HVDC Light）技術(shù)是在電壓源換流器（VSC）技術(shù)和全控型功率器件（GTO、IGBT、IGCT等）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種直流輸電新技術(shù)，與傳統(tǒng)直流輸電比較，具有采用無(wú)源逆變工作方式，克服了傳統(tǒng)直流輸電受端必須是有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷；可以實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功的獨(dú)立控制，控制靈活方便；不需要交