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        雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制策略研究

        2017-10-17 15:24:08賈弘德許曉峰顧欣然
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年20期
        關(guān)鍵詞:控制策略

        賈弘德 許曉峰 顧欣然

        摘 要:本文敘述了雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行原理,在不對稱電網(wǎng)故障和對稱電網(wǎng)故障情況下針對雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了研究。

        關(guān)鍵詞:雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī);低電壓穿越;控制策略

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.157

        0 引言

        近年來,隨著可持續(xù)發(fā)展的觀念的提出,人們不斷找尋新型可再生能源來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)發(fā)展的供給形勢。由于能源問題日趨嚴(yán)重,應(yīng)用新型可再生能源尤為重要。近年來風(fēng)電相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展使得風(fēng)電并入電網(wǎng)技術(shù)不斷完善。引入無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的可靠性有了更高的要求,因此針對雙饋型發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的制策略進(jìn)行研究具有重要意義。

        1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)概述

        風(fēng)力發(fā)電機(jī)是通過機(jī)械功帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功最終輸出交流電的電力設(shè)備。其主要有兩種葉輪旋轉(zhuǎn)軸:垂直軸和水平軸。水平軸具有比垂直軸更高的效率,因此通常采用水平軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)其葉片的數(shù)目的不同可分為單葉式、雙葉式、三葉式、多葉式,其中三葉式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中的比較常見的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有恒速鼠籠型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、變速鼠籠型異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和永磁直驅(qū)型同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

        2 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的模型和控制方法

        2.1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行原理

        在無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)是轉(zhuǎn)化風(fēng)能的核心部分,在某種程度上和繞組式異步電機(jī)存在相似之處。其最大特點(diǎn)是變流器在轉(zhuǎn)子電路中,因此處理額定功率時(shí)只處理轉(zhuǎn)差的部分就可以了,因此變流器的損耗相對比較少,整個(gè)系統(tǒng)的效率也較高。無刷雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行原理如圖1所示。

        2.2 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

        (1)定子磁場定向矢量控制。目前,在無刷雙饋型電機(jī)的控制策略中主要是矢量控制,這種控制策略具有很好的性能。因?yàn)橛胁煌噶慷ㄏ虻拇嬖?,所以矢量控制可分為定子磁場定向和電網(wǎng)電壓定向兩種類型。其中前者可以完成整個(gè)去耦控制,而后者只能完成部分去耦控制。

        (2)網(wǎng)側(cè)PWM變流器矢量控制策略。在PWM型變流器的數(shù)學(xué)模型中,交流量是時(shí)變的,所以無法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。但是,對PWM型整流器進(jìn)行變換坐標(biāo)就能夠?qū)涣髁咳ヱ羁刂?。因?yàn)镻WM型變流器的主要靠電網(wǎng)供電,所以可以將相對靜止的三相ABC坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成根據(jù)電網(wǎng)的基頻旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo),并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)簡化。

        3 對稱電網(wǎng)故障下的控制策略

        無刷雙饋型發(fā)電機(jī)系統(tǒng)由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受電網(wǎng)電壓的影響較大,電壓降會(huì)導(dǎo)致定子磁鏈中出現(xiàn)直流量,因此發(fā)電機(jī)定子電流就會(huì)不斷變大。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相對較慢,則吸收風(fēng)能的效率不變而輸電功率將會(huì)減少,其中部分能量將會(huì)在系統(tǒng)中被消耗,因此就會(huì)產(chǎn)生故障。

        由于在傳統(tǒng)的矢量控制方法中有缺陷,因此考慮定子磁鏈的動(dòng)態(tài)變化,改進(jìn)了矢量控制算法,改進(jìn)之后能夠有效的解決電壓下降時(shí)定子磁鏈中電磁產(chǎn)生過度的問題。

        4 不對稱電網(wǎng)故障下的控制策略

        4.1 電網(wǎng)不平衡理論分析

        在一個(gè)多相系統(tǒng)中不對稱并不代表其不平衡,但在三相系統(tǒng)中,電路如果不對稱那就表示電網(wǎng)不平衡。當(dāng)分析不平衡電力系統(tǒng)時(shí),通常利用對稱分量法進(jìn)行分析。該方法是將電路中電流和電壓不對稱的部分轉(zhuǎn)化成邊界條件,并將其余的電路視作對稱電路。

        4.2 PWM整流器的控制策略

        在PWM整流器的控制策略中,通常用電壓和電流雙閉環(huán)控制方式。分別控制輸入電流和電壓,將外環(huán)輸出的電壓作為電流指令,輸入電流則由電流內(nèi)環(huán)控制,從而保持整流器性能良好。

        5 結(jié)束語

        由于日益加劇的全球能源危機(jī),新型能源中風(fēng)能作為可再生的清潔能源對可持續(xù)發(fā)展意義重大。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展,雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可以與電網(wǎng)連接,并能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的變換。本文總結(jié)分析了雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的控制策略,在建設(shè)智能電網(wǎng)推進(jìn)新能源發(fā)展過程中針對雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的有效控制問題,仍需深入探索。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]姜騰,王杰.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越研究熱點(diǎn)分析[J].電氣自動(dòng)化,2015(05):35-39.

        [4]葉盛.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越控制策略研究[D].湖南大學(xué),

        2011.

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