雙饋風力發電機組變槳距控制及低電壓穿越技術要點

摘""要：由于近年來我國的經濟發展速度非常迅速，而隨之而來的能源問題也變得越來越重要，作為當今人類社會生存和發展當中所存在的主要問題，能源缺乏已經成為了人們所亟待解決的一個重要發展缺陷，通過開發和利用可再生資源，可以在一定程度上緩解人類的能源壓力，而開發和利用可再生資源也是當前世界各國開展可持續發展戰略的重要方式。風力發電作為可再生資源當中的一種，由于其自身清潔能源的特點，不僅能夠節約不可再生資源，而且也可以降低對周圍環境的污染，風力發電系統的效率也非常高，而且功率速度也非常大，通過對雙饋風力發電機組控制技術以及風能開發的進一步研究，可以推動我國后續的能源發展。

關鍵詞：雙饋風力發電機組""變槳距控制""低電壓穿越""技術要點

中圖分類號：TM315"""""""""""""文獻標識碼：A

Key"Points"of"Variable"Pitch"Control"and"Low"Voltage"Ride"through"of"Doubly-fed"Induction"Generators

ZHENG"Chao

（Hubei"Energy"Group"New"Energy"Development"Co.，"Ltd.，"Lichuan，"Hubei"Province，"445400"China）

Abstract："Since"China's"economic"development"speed"has"been"very"fast"in"recent"years，"and"consequent"energy"problems"have"become"more"and"more"important."As"the"main"problem"in"survival"and"development"of"human"society"today，"energy"shortage"has"become"an"important"development"defect"that"needs"to"be"solved"urgently"by"people."Through"the"development"and"utilization"of"renewable"resources，"the"energy"pressure"of"human"can"be"alleviated"to"a"certain"extent，"and"the"development"and"utilization"of"renewable"resources"is"also"an"important"way"for"countries"around"the"world"to"carry"out"sustainable"development"strategies."As"a"kind"of"renewable"resources，"wind"power"can"not"only"save"non-renewable"resources，"but"also"reduce"the"pollution"to"the"surrounding"environment"because"of"its"own"characteristics"of"clean"energy."The"efficiency"of"the"wind"power"generation"system"is"very"high，"and"power"speed"is"also"very"fast."Through"further"research"on"the"control"technology"for"doubly-fed"induction"generators"and"the"development"of"wind"energy，"China's"subsequent"energy"development"can"be"promoted.

Key"Words："Doubly-fed"induction"generator;"Variable"pitch"control;"Low"voltage"ride"through;"Technical"points

由于風能自身的隨機性和突發性，所以在針對風能的開發利用過程中，會需要加強對于發電機組的重視程度，因為風能作為一種不確定因素，能源，對于風力發電機組，在執行變槳距的控制過程中會造成一定的不良影響，所以通過加強對于變槳距變僵局控制器的深入了解，可以進一步保證整個風力發電系統穩定輸出，并且保持風力發電的正常運行，。如若電網當中出現不平衡或者是出現電壓大幅度下降等情況。，雙饋發電機就會由于動蕩而降低電能的運輸量，所以相關負責人必須進一步加強發電機組變槳距控制及低電壓穿越技術的研究對于雙饋風力發電機組變槳距控制以及低電壓穿越技術的研究。

1""雙饋風力發電機組變槳距控制及低電壓穿越技術簡要介紹

1.1""低壓穿越技術的概念

低壓穿越技術主要被應用于變速恒頻雙饋風力發電機當中，在電網實際運行過程中，如果出現了電壓忽然下降的問題，低壓穿越技術則可以和電力系統當中的電子變流設備相互結合，降低由于電壓跌落所造成的影響。因為電腦當中一旦發現了電壓電路問題，那么和電網相互配套的電子變流設備，就非常容易在運行過程中受到損壞變流設備，導致風力發電機組失去其自身真正的效用，并和電網分離開來[1]。在以往的電力發展過程中，因為風力發電機的容量非常小，為了進一步提高轉子側的力磁裝置使用效率，就會采用與電網分離的方式，但是隨著我國科學技術水平的不斷提高，有關風力發電機的應用也就變得越來越廣泛，這也就在一定程度上促進了風力發電機的升級，。所以，在當前社會發展當中所使用的風電發電機容量都比較大，在核電網分開后甚至會影響到整個電網的使用運行情況甚至會引起一系列連鎖的問題。面對這一突發情況，就需要采用低電壓穿越技術來解決電網的運行問題[2]。

1.2""變槳控制技術的概念

變槳距系統在風力發電當中也有著非常重要的應用，變量距的工作原理，就是通過控制葉片和輪轂之間的承重結構，以此來轉動整個葉片減小迎風角度，以此來提高整個風力發電機機翼的升力[3]。通過降低風輪葉片上的扭矩來達到提高功率的目的。而且在楓葉輪片運動過程中，通常變焦距的范圍會從啟動角0°度開始一直到90°度，所以葉片會如同飛機的尾翼一般呈現出垂直狀態。葉片的迎風角度發生變化主要呈現在變槳距變漿劑調節過程中，因為在變槳距變漿劑調節過程中，氣流是呈現出相對趨勢的連續變化，所以變槳距離系統就可以根據當前風速的大小來調節氣流和葉片之間的接觸角度，根據風速來選擇合適的角度以此來提高風力發電機的運行效率。而且當風力發電機組的啟動因素要小于額定風速時，風輪葉片就可以獲得最大的推力，并且有效地提高轉動速度，；如果風速超過額定風速，那么葉片的迎風角就會縮小，以此來減少輸出功率所消耗的能源，從根本上提高風力發電機的使用壽命，并且也可以在很大程度上降低噪聲以及其他的破壞性損傷。變槳距域調節系統主要由變槳距機構和變槳距，距離控制系統兩部分組成，而變槳距控制則是由電氣液壓和機械相互結合所構成的一種自動化裝置，變槳距控制系統作為計算機集成系統，不僅可以實現遠程控制工作，而且也可以對風力發電機進行細致的操作。而變槳距區控制器從整體上作為一個微型的計算機系統，它可以實時監測風力發電機的運行情況，對風輪葉片的角度以及風輪葉片的轉動頻率都可以進行監測，第一時間分析出相應的數據[4]。

2""雙饋風力發電機組低電壓穿越技術的要點

2.1""LVRT要求

風力發電機在一開始并不起源于我國而是起源于德國，所以在德國的很多電網公司對于LVRT都提出了很多的要求，在部分公司的標準中非常明確地指出了，當電壓跌落到一定數值時，風力發電機組就需要與電網維持相連接的狀態，并且也需要確定具體的維持時間，在實際電網運行過程中采用雙饋感應發電機的風電系統，如果一旦出現電網電路故障，該系統的電流量就會瞬間增大，并且轉子就可以感測出非常大的電流，如果電網的跌落幅度較低，那么通過大幅度地提高電流也可以限制電流的提升上限，如果跌落的程度過高，那么在運行過程中，轉子側的過電流就會損害轉子回路上的變流器。在此情況下，封鎖轉子側變流器的脈沖，也沒有辦法阻止轉子電流通過二極管造成電壓升高問題。在此情況下會出現兩種結果[5]。第1個結果就是雙饋電機組在轉子側裝有相應的回路保護裝置，在電壓跌落時導致電子側電流或者是變流器超過現值電壓一旦超過限制以后就會被轉到保護裝置旁路，在這樣的情況下可以大幅度降低，由于電壓跌落所謂電網造成的風險。但是在此情況下，機組的電網側變流器和電網之間仍處于連接狀態。第2個結果就是轉子測電流的升高幅度。沒有受到威脅，轉子側變流器運行時轉子短路保護裝置就不會啟動，但是如果在定壓電子跌落的同時出現這一狀況，那么雙饋電機的輸出功率就會出現大幅度降低的情況，在此時若想保證電機機械功率維持原狀，那么轉子的速度就會提高，在此時就必須做好槳距角的調節工作，以此來減少所捕獲到的風能，實現低電壓穿越。

2.2""軟穿越技術

在雙饋風電機組當中，雙饋窺感應機定子測繪與電網相互連接變流器系統會向轉子側提供相應的電流，通過控制變流器系統的軟件可以實現LED功能，如果電網當中電壓下降到額定電壓的70%后，仍然保持與電網相連的狀態，那么這樣的應用技術就被稱為軟穿越技術，這穿越技術主要以魯棒控制概念作為基礎，。通過軟件所實現的LVRT功能技巧，風電機組的主要控制可以分為兩種[6]。：一第1種是增益表技術，二第2種就是魯棒控制，說。比較經典的是增生益表技術，增生益表技術可以將非線性的選定工作點進行線性化，而魯棒控制可被用于控制風能所引起的不確定性引發的一系列動態特性改變。在電網電壓跌落時變流器，雖然可以盡量增大電流來維持整個電網的輸出功率，但是由于功率器件電流必須在最大限值允許范圍以內才能夠確保電網運行，一旦超過最大限制就會導致半導體器件受到損傷，。而且，為了防止功率的忽然變換而，造成對電網系統的損害，在控制系統應用過程中，通常會使用變流器來保護整個電網系統，一旦情況不對，會第一時間采取停機措施。作為變流器冷卻系統，雖然能夠確保IGBT在短時間內保持溫度允許范圍，但是如果功率器件的電流短時超過最大限值就也會出現高溫燒毀的情況。而以魯棒控制作為運行周期的控制方式，可以通過限定雙饋風機組的輸出功率來向電網提供最大電能，這不僅可以在一定程度上降低，由于機組所輸出的無功功率，而且也可以將有關功率最大化。尤其是將變流器系統應用到電網運行過程當中，變流器系統在魯棒控制下所提出的限定參數，不僅可以保證整個風電機組的，電壓穩定性，而且也可以保證電網正常運行[7]。

2.3""LVRT控制原理

如果電網的電壓出現大幅度下降，并且下降幅度低于額定電壓的20％，并網系統就有可能由于故障的原因導致風電機組無法向電網運輸電量，這時如果風速維持在原來狀態，那么風輪所吸收的機械能也會保持原樣在。此時，風力機所吸收的機械能不能夠轉為電量，所以就只能夠轉為動量，以此來提高風輪轉速的形式將其儲存起來，如果所儲存的能量不能夠及時釋放，那么就有可能會導致發電機的轉子超速從而導致發電機出現跳閘情況，而且在電壓較低時所產生的過電流也會導致保險絲熔斷，、斷路器跳閘等一系列故障問題。雙饋發電機可以儲存磁能，尤其是在當發電機發現電網電壓下降速度非常快時，在發電機當中所儲存的磁能就會瞬間轉化為高電流，這些高電流就會導致變流器當中的半導體元件失效。為了在更為嚴苛的系統條件下實現LVRT就需要增加雙饋發電機組的原件，并且做出相應的控制措施，。當電網出現電壓大幅跌落的時候，一定要不間斷地向機組主控制器和其他等級的電壓元件當中提供電源，一定要在低壓事件當中保護發電機，只要發電機正常運轉，就可以維持電網的正常運行，。在變流器當中，如果轉子出現短路，可以由短路保護裝置不斷地提供電源，針對這一情況，就需要在發電機的電壓可承受范圍內停止一個或者是停止多個負載供電，一起來保護這些部件的安全性。除此以外，通過利用電機側變流器控制器，也可以監測電機側變流器當中的電流情況和變流器直流電路的電壓情況，這樣的實時監測，不僅可以在很大程度上避免由于電網電壓跌落所造成的電擊損傷，而且也可以從根本上提高電機的運行效率。

2.4""LVRT控制流程

雙饋風力發電機組所實現LVRT功能的控制流程，主要可以分為以下幾個部分，首先是開始檢測低電壓，若檢測到低電壓，則需要啟動部分器件的備用電源，在完成此項工作后即可切斷非關鍵部件的供電電源，然后再通過短路保護裝置來監測電極轉子測電流的實際情況，有選擇性地啟動crowbar后就可以恢復整個電網系統的正常用電，整個LVRT控制流程也就結束了。在電網的實際運行過程中，如若出現電壓大幅度跌落情況，那么低電壓檢測系統就可以根據電網的實際運行情況以及具體要求事先設定出符合電網運行標準的電壓限值，通過低壓穿越技術來維持電流供應，如果電網的電壓低于最開始設定的最低電壓限值，那么系統就會將該情況判定為低壓事件，在此情況下就需要根據低壓事件對電網所造成的影響危害來提供相應的處理辦法，在此情況下系統當中部分非關鍵元件的供電電源中斷，為備用電源來向電網進行供電，之所以這樣做就是為了確保風電機組的正常運行，確保風電機組合與電網在連接狀態，并且確保電網當中的主控制器和電流控制器系統能夠在安全的條件下向電網供電。而且停止這些非慣性部件的供電也可以提供一定的部件保護作用，確保這些非慣性部件在運行過程中不會被過高電流所傷害。在此過程中，需要進一步加強對發電機轉子測電流的監控，一旦電網的低壓持續時間超過了電網的承受范圍，也就是一開始所設定的下限值，變流器就會開展保護裝置，防止功率器被破壞。

3""雙饋風力發電機組變槳距控制技術的要點

3.1""RBF神經網絡原理

神經網絡技術當中的RBF神經網絡作為非常重要的一種技術網絡，主要可以分為三3個部分，分別是由信號源節點所組成的第1層和、根據問題設定所組成的第2層，以及根據輸入輸出進行測定的第3層。RBF的神經網絡結構可以通過徑向函數來表達，在整個函數模型當中，自變量是輸入向量與全值的距離，隨著輸入向量和全值距離的降低，當輸入向量和全值向量維持在一致時，神經元的輸出數字為1，在整個模型當中B值所對應的部分就是閾值部分，也是對神經元靈敏度的調整，可以使整個函數呈現出逼近狀態。而在整個網絡系統當中，信號的傳輸功能主要由輸入層來決定在輸入層當中，不僅包含簡單的輸入程序，也包括隱藏層。作為連續輸出層，在輸入層當中的加權調整，主要是通過線性優化的方法，而在隱藏層當中所采用的調整方法則是非線性調整方法。在RBF神經網絡學習算法當中的關鍵技術點就是有三3個重要的參數需要求解，這三3個重要的參數分別是積函數的中心值、積函數的方差，以及隱含層到輸出層的全值。不過這三3個數值在計算方法的選取上存在一定的差異，通常都是采用選取中心RBF學習方法來構建相應的基函數神經網絡模型，再構建基函數，神經網絡模型當中主要采用高斯型函數作為基本函數[8]。

3.2""變槳距控制器結構設計

變槳距控制器的結構需要通過神經網絡與PID控制器相互結合，才能夠反饋出現實的PID控制效果，在利用RBF和模糊算法相融合的基礎上可以進一步加強對變槳距控制器的控制優化。相較于普通的PID控制效果而言，模糊算法結合RBF所制定出的PID控制效果要好很多，而且誤差更小，調整的時間也更加短暫，不僅從根本上提高了控制的精確度，而且也在一定程度上優化了控制效果，在系統運行過程中，通過模糊算法結合RBF所制定出的PID參數，不僅能夠維持一個平衡的狀態，而且也可以在短時間內保持穩定輸出，不僅更利于整個系統的控制，而且也可以從根本上優化雙饋風電機組的實際運行效果。在針對變槳距控制器結構設計過程中，也需要設計相應的仿真環節來驗證變槳距控制器的實際效果，其中在仿真環節當中所需要注意的技術要點就是對仿真結果的分析工作[9]。因為仿真結果的分析工作當中所包含的參數值過多，不僅包括空氣密度值，也包括設備的額定功率值以及額定風速值這樣繁瑣的參數值設計在分析時就很容易忽略掉某一兩個數值，一旦出現了這樣的問題，就會導致整個仿真結果的分析，失去效用，并且最終的分析結果也不準確，沒有辦法為雙饋匯風電機組的實際應用提供參考價值，也沒有辦法驗證模糊算法和RBF相整合的PID參數是否準確。所以針對這一問題，技術人員一定要提高重視程度，加強對于仿真結果分析的認真嚴謹程度，只有這樣才能夠從根本上優化變槳距控制器的設計結構。

4""結語

若想進一步掌握雙饋風力發電機組變壓器控制技術以及低電壓穿越技術的要點，那么首先要明確低壓穿越技術和變槳距控制技術的概念。在雙饋風力發電機組低電壓穿越技術的應用要點中，首先要明確LVRT要求，并且也要明確軟穿越技術的理念，針對LVRT控制原理以及LVRT控制流程都要有非常明確的了解。除此以外，針對雙饋風力發電機組變槳控制技術當中的RBF神經網絡原理以及變槳距控制器結構設計也要進一步了解，只有明確了上述概念，才能夠真正地掌握風力發電系統的技術要點。

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