風(fēng)電機(jī)組控制與并網(wǎng)11

風(fēng)電機(jī)組控制與并網(wǎng)11第一頁，共59頁。一

前言1、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，具有市場競爭能力，風(fēng)電作為一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而將帶來的巨大前景。風(fēng)力發(fā)電將能迅速緩解我國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)化對于我國的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。10/27/20222第二頁，共59頁。近年來，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，同時，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?，F(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)問題做下簡單介紹10/27/20223第三頁，共59頁。二變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)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)展的一個趨勢。10/27/20224第四頁，共59頁。變速恒頻指在風(fēng)力發(fā)電過程中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)速變化，而通過其他控制方式來得到恒頻電能。采用變速恒頻發(fā)電方式,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。10/27/20225第五頁，共59頁。

圖2.1變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖

10/27/20226第六頁，共59頁。(1)風(fēng)力機(jī)把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動能。(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。10/27/20227第七頁，共59頁。(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)變壓器通過變壓器以及一些開關(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）。10/27/20228第八頁，共59頁。2.1變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的分類

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。10/27/20229第九頁，共59頁。圖2.2永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)10/27/202210第十頁，共59頁。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，無需升速齒輪箱，同時轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無需勵磁繞組，因此不存在勵磁繞組的損耗，提高了效率。另外轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，運(yùn)行更加安全可靠。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)是未來風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。10/27/202211第十一頁，共59頁。圖2.3繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)10/27/202212第十二頁，共59頁。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€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：在外部擾動下，雙饋電機(jī)具有更好的魯棒性和可靠性。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。10/27/202213第十三頁，共59頁。圖2.4異步電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)10/27/202214第十四頁，共59頁。使用異步電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1：異步電機(jī)相當(dāng)結(jié)實(shí)，無電刷，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)勵磁。3：快速瞬態(tài)響應(yīng)。4：當(dāng)有剩余容量時，逆變器可作為無功或諧波補(bǔ)償器。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)的磁場需要，定子側(cè)變流器容量要比額定功率高30~40%。10/27/202215第十五頁，共59頁。圖2.5無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)10/27/202216第十六頁，共59頁。這種采用無刷雙饋發(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、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?，同時發(fā)電機(jī)本身沒有滑環(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。10/27/202217第十七頁，共59頁。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)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^適當(dāng)?shù)目刂?，使風(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10/27/202218第十八頁，共59頁。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10/27/202219第十九頁，共59頁。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行分三個階段。(1)起動階段。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速從靜止上升到切入速度。在切入速度以下，發(fā)電機(jī)并沒有工作，機(jī)組在風(fēng)力作用下作機(jī)械轉(zhuǎn)動，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以下。10/27/202220第二十頁，共59頁。圖2.7變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主控制框圖10/27/202221第二十一頁，共59頁。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，通過對變頻器進(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，進(jìn)入功率恒定區(qū)，通過對槳距角和發(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。10/27/202222第二十二頁，共59頁。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10/27/202223第二十三頁，共59頁。三基于雙PWM的永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制由于風(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)，使得這一問題得到解決，該系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：10/27/202224第二十四頁，共59頁。1、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)時可能出現(xiàn)的失步問題。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。2、采用變頻裝置進(jìn)行輸出控制，并網(wǎng)時沒有電流沖擊，對系統(tǒng)幾乎沒有影響。10/27/202225第二十五頁，共59頁。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)簡單，沒有勵磁繞組，節(jié)省了電機(jī)的用銅量，無電刷，無滑環(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，提高可靠性，減少系統(tǒng)噪聲，降低了維護(hù)成本。是未來風(fēng)電機(jī)組發(fā)展的一個重要方向。10/27/202226第二十六頁，共59頁。圖3.1基于雙PWM的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)圖10/27/202227第二十七頁，共59頁。采用了低速（多級）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)速時也具有較高的效率。10/27/202228第二十八頁，共59頁。采用PWM整流器可以對功率因數(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。10/27/202229第二十九頁，共59頁。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10/27/202230第三十頁，共59頁。對于發(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)立控制有功無功電流，實(shí)現(xiàn)無靜差控制?？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。10/27/202231第三十一頁，共59頁。參考速度w*與實(shí)際電機(jī)速度w相比較，通過比例積分控制器得到有功電流參考iq*。令無功電流參考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，可以通過調(diào)節(jié)iq跟從iq*來控制發(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*。10/27/202232第三十二頁，共59頁。通過逆變器控制，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，當(dāng)無功需求為0時能保持功率因素為一，并且在特殊情況時能向電網(wǎng)提供無功功率。10/27/202233第三十三頁，共59頁。其中給定直流電壓Ud*與實(shí)際檢測到的直流連接環(huán)電壓Ud相比較，所得誤差信號經(jīng)比例積分控制器調(diào)節(jié)產(chǎn)生有功參考電流iq*，而無功功率外環(huán)產(chǎn)生無功電流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，而無功功率環(huán)控制逆變器輸出無功功率，從而滿足電網(wǎng)對于無功功率的要求。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。10/27/202234第三十四頁，共59頁。通過電流內(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，采用SPWM調(diào)制法對其進(jìn)行調(diào)制，即信號波與三角載波進(jìn)行比較得開關(guān)信號Su,Sv,Sw對IGBT開關(guān)進(jìn)行關(guān)斷和開通，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)對其進(jìn)行調(diào)制。無論是在減小電動機(jī)電流諧波損耗，消除轉(zhuǎn)矩波動，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)制都具有明顯的優(yōu)勢。10/27/202235第三十五頁，共59頁。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。10/27/202236第三十六頁，共59頁。圖3.3直流電壓Udc仿真圖從圖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。10/27/202237第三十七頁，共59頁。圖3.4發(fā)電機(jī)輸出的電壓和電流仿真圖圖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0.06秒時間的調(diào)節(jié)，電流迅速穩(wěn)定下來，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。10/27/202238第三十八頁，共59頁。圖3.5電網(wǎng)側(cè)逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電流仿真圖上圖為電網(wǎng)側(cè)輸出電壓Usa和輸出電流isa，由圖可以看出，經(jīng)過逆變器的控制，輸出電流由原來的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。10/27/202239第三十九頁，共59頁。圖3.6電網(wǎng)側(cè)逆變器輸出電流仿真圖10/27/202240第四十頁，共59頁。在0~0.1秒時，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，通過直接電流PWM控制，電網(wǎng)電流的幅值能即時從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。10/27/202241第四十一頁，共59頁。

四

雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制及并網(wǎng)圖4.1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10/27/202242第四十二頁，共59頁。交流勵磁變速恒頻發(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)行勵磁,調(diào)節(jié)勵磁電壓的幅值、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)交流勵磁。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率fm變化時,控制轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率f2確保定子輸出頻率f1恒定。設(shè)p為極對數(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)的能量流動關(guān)系10/27/202243第四十三頁，共59頁。式中,Pmech—轉(zhuǎn)子軸上輸入的機(jī)械功率;Pf—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≈sP110/27/202244第四十四頁，共59頁。由此可知,當(dāng)發(fā)電機(jī)處于亞同步速運(yùn)行時,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,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,s=0,Pf

=0,變頻器不向轉(zhuǎn)子繞組提供有功功率。10/27/202245第四十五頁，共59頁。4.2雙饋發(fā)電機(jī)交流勵磁用變頻器

圖4.2雙PWM變頻器主電路10/27/202246第四十六頁，共59頁。交流勵磁雙饋發(fā)電機(jī)勵磁變頻器的結(jié)構(gòu)如圖所示。它分別由兩個“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,總稱為雙PWM變換器)對轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵磁,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器向轉(zhuǎn)子繞組饋入所需的勵磁電流,完成定子勵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功的調(diào)節(jié)。當(dāng)電機(jī)亞同步速運(yùn)行時,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,從轉(zhuǎn)子中吸收能量,作整流器運(yùn)行,并通過網(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,向轉(zhuǎn)子饋入直流勵磁電流,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。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)的功率因數(shù),使整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)更加靈活。10/27/202247第四十七頁，共59頁。4.3雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制圖4.3雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制框圖ABC電網(wǎng)10/27/202248第四十八頁，共59頁。采用磁場定向矢量控制技術(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。10/27/202249第四十九頁，共59頁。4.4雙饋風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)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，通過變換器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的勵磁電流，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子電壓符合并網(wǎng)條件10/27/202250第五十頁，共59頁。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，可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)，避免并網(wǎng)時發(fā)生的電流沖擊和過大的電壓波動。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)(2)帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)(3)孤島并網(wǎng)10/27/202251第五十一頁，共59頁?？蛰d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)由原動機(jī)來控制發(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)條件時進(jìn)行并網(wǎng)操作。10/27/202252第五十二頁，共59頁。圖4.4空載并網(wǎng)控制10/27/202253第五十三頁，共59頁。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,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,可與原動機(jī)配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制,降低了對原動機(jī)調(diào)速能力的要求,但控制復(fù)雜,需要進(jìn)行電壓補(bǔ)償和檢測更多的電壓、電流量。帶獨(dú)立負(fù)載并網(wǎng)方式10/27/202254第五十四頁，共59頁。輕型直流輸電技術(shù)（HVDCLight）在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用輕型直流輸電（HVDCLight）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)有功和無功的獨(dú)立控制，控制靈活方便；不