雙饋風力發電系統反推控制策略的研究

張冶

身份證號120103197904137311

雙饋風力發電系統反推控制策略的研究

張冶

身份證號120103197904137311

伴隨著我國自然能源的不斷匱乏，人們已經越來越迫切的需要一些新型能源與可持續能源來替代。太陽能技術、風力發電、水力發電等一些可持續發展的新能源被重視起來。其中對于加強風力發電技術來說，對于我國長遠發展具有非常重要的意義。結合我們對于風力發電的多年研究，一般都是選擇雙饋式設計進行風力發電，所以我們下面將主要從雙饋式風力發電技術進行分析，從而希望能夠對風電企業的發展有一些幫助。

雙饋風力發電；反推算法；直接功率

1 雙饋式風力發電機的結構、特點

1.1 雙饋風電系統模型

我們所知道的雙饋風力發電系統主要是通過雙饋電機的定子與電網直接進行連接，而轉子則是與三相勵磁變換器進行交流勵磁作用，這樣產生的電磁功率帶動轉子的兩個回路與整個電網連接交換，其主要的系統構成如圖1所示。而我們從整個雙饋風力發電系統上可以看出，整個發電系統是由兩個相對獨立的系統組裝而成。其中風力機與齒輪箱組成了其中的空氣動力系統，而雙饋電機則成為其中的電氣系統。

圖1 雙饋風力發電系統結構圖

雙饋發電機與傳統的普通發電機相比，從結構上存在很多相似的地方，在雙饋發電機的使用過程中，定子繞組通過和電網進行直接連接，轉子繞組則憑借著變頻器進行幅值、頻率和相位的提供。這樣能夠在進行風力發電的過程當中，不管風速產生了怎樣的變動，都能夠使電機的運動速度在變化時，可以憑借著變頻器控制轉子當中的電流大小，這樣也就能夠對轉子的運轉速度進行有效的調控，從而可以讓轉子的磁感應強度和定子的運轉速度保持一定的匹配狀態。而我們在這種環境當中，定子感應電勢頻率便能夠保持相對恒定的狀態，發電系統就能夠進行變速恒頻的運轉。

雙饋發電機通過對轉差頻率的調控來完成發電機的雙饋速度調節，其自身的調節的控制方式就是通過發電機的轉子側來完成的。轉子電路的功率則是憑借發電機在運轉過程當中的速度限定值來確定轉差功率的。所以，對于轉差功率只是發電機定子原有功率的1/3～1/4，功率變化設備的容量相對較低，電壓較小，這樣會使變頻器在運行的過程當中經濟成本大幅度下降，系統在整理和設計的過程當中也會更加方便。

1.2 雙饋式風力發電機的特點

雙窺視風力發電機的工作原理是由嵌入在相同形狀凹槽中的定子繞組，通過旋轉產生一定的磁場，然后在轉子中我們安裝絕緣導線組成的三相繞組，通過轉子上接出的電線連接到集電環中。一般來說，定子與電網能夠直接進行連接，而轉子則需要通過特定的變換器與電網進行連接，這樣才能方便進行交流勵磁。

雙饋風力發電機的造價比較低廉，并且占用的面積也非常小，我們可以進行無功率調節。并且雙饋風力發電機的抗干擾能力較強，適合我們廣泛推廣。雙饋風力發電機運行過程中，并不會與整個供電網絡有直接的聯系，通常都是轉子進行相連，所以這種發電機的電力輸出比較穩定，不會再工作中出現特別大的波動。并且我們的雙饋風力發電機系統能夠通過無功率調節控制轉子的交流勵磁過程，可以很好的適應外界風力的變化。

2 雙饋式風力發電機的運行原理分析

雙饋風力發電系統要想連接到相應的電力網中，需要將定子進行相連，轉子則連接到雙脈沖調制變流器中即可。如果輸出的電力沒有任何數據上的不同時，我們通過雙脈沖的變流器就能夠調節轉子端的電流。雙饋式風力發電機能夠保證其有很強的適應力與穩定性，一般將其分為超同步模式、同步模式、亞同步模式這三種運行模式。

2.1 超同步模式

超同步模式主要指的是，當定子磁場處于轉動的效率較低的情況下，轉軸的輸出功率則要高于定子磁場的功率，并且不需要直流勵磁電流的幫助。只需要借助雙脈沖調制變流器就能夠完成整個供電工作。這種通過發電機的定子與轉子就能像供電網絡進行輸電的模式就屬于我們正常工作模式。

2.2 同步模式

雙饋風力發電系統處于定子磁場轉動與轉子的磁場轉動的頻率相同，那么轉軸的輸出功率也就一樣。而雙饋風力發電系統只能夠通過定子進行電力輸出，轉子連接的電路沒有辦法進行電力輸出，所以這種情況下轉動的功率幾乎一樣，這就說明這種工作模式屬于我們同步模式。

2.3 亞同步模式

當定子磁場處于低于轉子磁場轉動的情況下，其轉軸的輸出功率較低，我們必須根據實際的情況進行雙脈沖變流器的調節，只有這樣才能完成供電網絡的電力輸送任務。當電能輸出需要定子電路進行分擔時我們可以稱之為補償發電。風力發電中如果風力變化小那么雙饋式的發電系統則處于亞同步狀態，所以外界環境決定了發電機的工作模式。

2.4 模式分析

通過對這三種工作模式進行仔細的分析，我們以變速恒頻風力發電系統為例，通過發電機的定子與電網相連，通過PWM變換器進行電網的連接。根據雙饋電機工作的內容我們將其進行電機功率的分類。其中主要有4種不同狀態的發電機功率，分別為次同步電動、次同步發電、超同步電動、超同步發電。

3 雙饋式風力發電機控制技術

隨著再生能源技術的不斷發展，人們日常生活中也對科學技術越來越重視，在整個電力系統中風力發電的重要性也不斷顯現。但是如果風速處于恒定不變狀態，那么就為我們的發電槳葉轉速增加了不穩定性，如何保證風力發電機的輸送穩定性，是整個風電系統一個較為重要的研究課題。雙饋式發電機的能夠在這種情況下滿足風力發電的要求，一般而言雙饋式發電機主要包含以下控制技術：

3.1 矢量控制

對于矢量控制技術來說，主要的核心按照定子的相位值與電流頻率進行相應數量的控制，這樣能夠將一些直流量轉化為交流量。通過這些變化來控制發電機的工作情況，從而將能量的轉化效率進行提高，以便能夠保證電網輸出的穩定性。而這種情況需要在風力較小的地區使用。

3.2 模糊控制

模糊控制技術屬于一種具有非常智能化的控制技術，通常是利用一些計算機軟件對我們的思維方式進行模擬，并且借助這些相關經驗進行處理，具體的情況我們能夠根據風向和風力的變化，對其做出一些具體的反應。通過所獲得的這些控制數據，在實際的發電過程中能夠保證雙饋發電系統的順利運轉。因此，該類控制技術運用狀況在風力較大區域適用。

3.3 直接轉矩控制

直接轉矩控制的最為關鍵技術是通過輸入轉矩的數值進行調控。通過我們對發電機的運轉情況進行調控。隨著技術的不斷發展，我們在一些簡單的建模與復雜的運算上能夠將具體的參數進行直接計算，這樣對輸出的電能穩定性與參數的具體控制有著非洲重要的作用。

3.4 變速恒頻控制

由于風力發電受到外界因素的影響，其風速具有非常快的時變形值，所以具有一定的運用難度。為了能夠更好的提升風機發電的效率，實現對風能的更好利用，我們必須要加強對風機的變速恒頻控制。通過對上網電壓的變化量要求，我們主要針對發電機輸電的電壓進行有效控制。而雙饋式的發電機主要通過對于勵磁相位的控制來進行電流頻率的調節，只有將勵磁控制器進行有效控制，才能真正的滿足變速恒頻控制。

4 結語

隨著科學技術的不斷進步，目前雙饋式風力發電機已經能夠為我國的供電網絡高效、可靠的穩定輸送電力。并且隨著制造業的不斷發展，發電技術的制造工藝與控制技術也在不斷的得到完善。對于我們的研究人員來說，還是需要我們進行更高一步的提升，在風力發電領域中雙饋式發電機由于其自身的各種優勢必然會受到建設者的青睞，從而使我國的生產發展得到源源不竭的電力能源。

[1] 黃輝.雙饋風力發電系統變流器并網適應性控制研究[D].西南交通大學,2016.

[2] 念麗波.10kW模擬變速恒頻雙饋風力發電系統控制研究[D].昆明理工大學,2016.

[3] 陳璐.雙饋風力發電系統功率控制研究[D].華南理工大學,2016.

[4] 邱時嚴.雙饋風力發電系統故障穿越的控制策略研究[D].湖南大學,2016.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.184