張玉輝++陳琳琳

摘 要

在分析了東汽FD77雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制方法的基礎(chǔ)上，從而建立了交直交變流器網(wǎng)的測(cè)電壓電路以及轉(zhuǎn)而開始測(cè)定子序磁場(chǎng)定向的矢量方向的磁場(chǎng)。對(duì)系統(tǒng)的VSCF控制、并網(wǎng)控制技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠，減小輸出濾波電感的壓降，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，輸入輸出有功、無功功率可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電 交直交變流器 變速恒頻

目前最常用的網(wǎng)側(cè)控制策略是以坐標(biāo)變換理論為基礎(chǔ)的雙閉環(huán)控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)有功無功功率的控制。由于諧波的幅值以及電壓頻率的快速變化，用作勵(lì)磁電源時(shí)會(huì)在發(fā)電機(jī)定子側(cè)產(chǎn)生大量空載諧波電壓，極大程度上影響了電波輸出的頻率，甚至是導(dǎo)致了并網(wǎng)的困難。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器網(wǎng)側(cè)采用PWM矢量控制，變流器轉(zhuǎn)子側(cè)則采用了定子磁場(chǎng)定向的去測(cè)量磁力。并且具有雙向的功率移動(dòng)，輸入以及輸出的功率可以自行進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有不明顯的諧波和閃現(xiàn)，可以大范圍的使用。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

雙饋發(fā)電機(jī)交直交雙PWM變流器則由一對(duì)三相整流/逆變器組成，二者之間由電容直流母線連接、雙DSP控制器、并網(wǎng)保護(hù)裝置以及虛擬變速風(fēng)機(jī)等部分組成。在其中的功率器械利用的是IPM模塊，這個(gè)變流器的一側(cè)利用三廂的電桿接入電網(wǎng)，另一側(cè)則通過滑環(huán)和電刷接入雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。并網(wǎng)保護(hù)裝置包括轉(zhuǎn)子接觸器和定子接觸器兩個(gè)部分雙饋發(fā)電機(jī)定子按星型連接，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

2 雙饋電機(jī)矢量控制

2.1 雙饋電機(jī)矢量控制原理

交流電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓含有基波和大量諧波的正、負(fù)序及零序分量。由于零序電壓在電機(jī)中產(chǎn)生不了零序電流，但過氣隙的磁通為零。忽略鐵心的非線性飽和，將電磁曲線線性化處理，去除漏感的影響，僅僅是對(duì)電阻進(jìn)行改正。這樣就可以吧交直交變流器輸出的基波和各次諧波電壓看做成單獨(dú)在電機(jī)等效電路的轉(zhuǎn)子側(cè)電源，根據(jù)這個(gè)來計(jì)算分流、轉(zhuǎn)矩和他的功率以及使用的損耗。其電流傳遞函數(shù)如圖2所示。

雙饋發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程：

這個(gè)式子當(dāng)中，Tm作為原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值，Te作為電磁作用下的轉(zhuǎn)矩，J作為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，np為電機(jī)極的對(duì)數(shù)，ω為電機(jī)的電角速度。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)以及磁場(chǎng)的能量特點(diǎn)，可以將電磁轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)給分析出來：

電磁力的轉(zhuǎn)向角度與方向相反就為正，轉(zhuǎn)差率S按照小于同步的轉(zhuǎn)速為正，參照異步電機(jī)的分析方法，雙饋發(fā)電機(jī)的等效電路，如圖3所示。

根據(jù)有關(guān)等效的電路圖數(shù)據(jù)，可以得到雙饋發(fā)電機(jī)的基本得數(shù)：

式中：

R1、X1分別為定子側(cè)的電阻和漏抗；

R2、X2分別為轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的電阻和漏抗；

Xm為激磁電抗；

分別為定子側(cè)電壓、感應(yīng)電勢(shì)和電流；

分別為轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電勢(shì)，轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過頻率和繞組折算后折算到定子側(cè)的值。

轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓經(jīng)過繞組折算后的值，為再經(jīng)過頻率折算后的值。

2.2 并網(wǎng)控制

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過控制轉(zhuǎn)子電流頻、相位及幅值實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)和軟解列。在啟動(dòng)前，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速并維持一段時(shí)間后，變流器通過控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值、相位和頻率使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，控制定子繞組的空載端電壓與電網(wǎng)電壓一致，發(fā)電機(jī)處于并網(wǎng)等待狀態(tài)。在進(jìn)入了并網(wǎng)的運(yùn)行階段之后，根據(jù)實(shí)際情況的風(fēng)的速度和電網(wǎng)要求的數(shù)據(jù)不時(shí)地調(diào)節(jié)輸入輸出數(shù)據(jù)。解列過程與并網(wǎng)過程相反。平時(shí)的解列過程可以通過調(diào)節(jié)槳的方法，將發(fā)電機(jī)的負(fù)載度降至最低，使得發(fā)電機(jī)差不多在不負(fù)載的情況下供電。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證東汽交直交雙饋?zhàn)兯俸泐l系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)及采用的矢量控制策略的有效性，對(duì)于整個(gè)操作系統(tǒng)的輸入輸出功率的反饋、動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能展開了研究。圖4給出了并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)電機(jī)定子繞組端電壓和定子電流的實(shí)測(cè)波形，從圖中可以看出，并網(wǎng)瞬間沖擊電流很小。該實(shí)驗(yàn)表明，東汽FD77發(fā)電機(jī)在采用電壓控制的并網(wǎng)方法時(shí)，它的發(fā)電機(jī)的定子端的電壓、相位和頻率各個(gè)方面都具有相同的性能，條件嚴(yán)苛的滿足了工作的條件，將發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)成軟并網(wǎng)狀態(tài)。發(fā)電機(jī)的定子側(cè)和變流器網(wǎng)側(cè)都可以運(yùn)行在單位功率因數(shù)并且變流器的能量，業(yè)可以不是單向的流動(dòng)，與此同時(shí)可以保證正弦輸入輸出電流，這個(gè)系統(tǒng)能夠保持風(fēng)力發(fā)電的充足性。

4 結(jié)論

本文針對(duì)東汽FD77變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)特別的研發(fā)了一套針對(duì)于控制電流的工作方案。結(jié)合該系統(tǒng)建立交直交變流器矢量控制系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)的最終現(xiàn)象表明，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有豐富的動(dòng)態(tài)以及靜態(tài)的穩(wěn)固性能，并且能夠切實(shí)可行的調(diào)解輸入輸出電壓，并最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的平滑工作性能，具有良好可靠性及穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介

張玉輝（1979-），男，碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為河北大唐國(guó)際新能源股份有限公司工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行及試驗(yàn)維護(hù)方面工作。

作者單位

1.河北大唐國(guó)際新能源股份有限公司 河北省承德市 067000

2.國(guó)網(wǎng)冀北豐南調(diào)控中心 河北省唐山市 063000