变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨

  变速恒频双馈风力发电系统是当前风力发电的核心技术，在这一系统运行过程中对其进行针对控制具有重要意义。专业的控制是保证变速恒频双馈风力发电系统正常运行的重要前提。针对该发电系统的控制主要是集中在电网低压故障时的双变流器控制以及网侧变流器的控制。本文将结合发电系统原理来探讨如何实现科学高效的专业控制。
    变速恒频风力发电技术,是当前运行效率较高,电能质量较优的的发电技术。这项技术在风力发电领域中有着广泛应用。随着我国能源形势的日益紧张,变速恒频双馈风力发电系统在风能发电中的作用越来越重要。在这样的背景下加强对变速恒频发电控制技术的研究具有重要意义。
    双馈风力发电是专业系统的的发电技术，这一系统的发电涉及到变流器控制、电网低压故障控制以及电机控制等多个领域。这些方面的控制是保证变速恒频风力发电技术正常运行的重要措施。当前针对变流器的控制主要是通过矢量控制技术来实现，这一技术相较于其他技术而言比较方便。
    非线性矢量控制
    变速恒频双馈风力发电系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统，实现对这一系统的及时有效地控制，有必要采用非线性矢量控制的方法来实现。针对该系统的控制设计人员先是要推算出系统的状态方程，而后根据状态方程推导出逆系统，最后根据逆系统来实现系统内模控制。
    1.1.状态方程。状态方程是表述系统特性的一种典型手法，工作人员可以通过既定的数学模型来推导双馈风力发电系统的状态方程。双馈风力发电系统的最大控制目标是能够充分利用风能，也就是指在风速一定条件下，能够发挥发电系统的最大有功功率。因而我们要把风力发电系统的有功功率作为被控制量。输出量则应该是无功功率。此时我们设输入变量是u，输出变量是y，那么我们就可以得到以下状态方程和输出方程.
    1.2.对双馈风力发电系统专业分析。一个系统能否能利用非线性矢量控制技术来进行有效应用，一个重要前提就在于该系统能否可逆。因而在控制之前还需要通过逆系统法来判断双馈风力发电系统是否可逆。
    1.3.逆系统内模控制。在经过详细分析之后，工作人员把求得双馈风力发电系统的a阶积分逆系统串联在原系统之前，就能够得到具有线性传递关系的系统。而后由此便可得到系统内部模型，最后根据系统内部模型便可设计出内模控制器，从而最终实现对系统的非线性矢量控制。
    网侧变流器的控制
    双频风力发电系统本身的的网侧变流器是其中的关键设备，网侧变流器的最终控制目标是要保持交流侧单位功率因素运行以及直流环节电压稳定。工作人员通过对网侧变流器的拓扑结构进行专业性分析之后，便可得出电压方程：
     针对网侧变流器的控制主要是通过电网电压矢量定向来实现的，通过这种方法能够有效地实现对有功以及无功的解耦控制。通过对有功和无功功率进行分析，就可以发现变流器传递的有功与无功是成正比关系的。三相PWM整流器的控制可以通过下图来进行表示：
    电网低电压控制
    在变速恒频双馈风力发电系统中由于结构因素的影响会导致机组对电网故障非常敏感。一旦电网发生故障就会导致定子电流急遽增大，直流侧电压也将随之升高。当前随着风力发电技术的不断成熟，DFIG机组在电力系统中所占容量越来越大，对电网的影响也随之不断增大。在这样的背景下就必须要实现对风电机组的严格控制，要让DFIG风电机组具有低电压穿越能力。只有这样才能保证系统的稳定性。
    通过在转子侧装设Crowbar电路可以有效实现上述目的。正如下图2所示，在电网电压跌落之后，开启Crowbar电路的IGBT将能够有效地吸收转子回路能量，从而达到抑制过电流的目的。这样一种设计思路，毫无疑问是能够满足设计要求的。在今后工作过程中应该不断加强这方面的研究。
    为了证明实际的控制效果，工程人员还需要做专门的实验。工程人员为了验证控制算法的正确性搭建了30kw的变速恒频风力发电控制系统。通过该系统的模拟展示证明了以上算法的正确性。变速恒频双馈风力发电系统是一项专业技术。在今后工作中应该加强其控制技术的研究。
    随着我国经济社会的快速发展，我国新能源开发尤其是风能发电技术取得了快速进步。变速恒频双馈风力发电系统就是其中一项重要的发电技术。通过这一技术能够有效实现对风能的充分利用，对于缓解能源紧张形势具有重要作用。本文详细分析了变速恒频风力发电系统的控制技术，变速恒频双馈风力发电系统在工作过程中由于各种因素会导致系统不稳定，此时就需要采用专业控制技术来实现控制。非线性矢量控制就是其中的典型代表，此外网侧变流器控制以及电网低电压控制也是我们需要关注的重点内容。在今后应该不断加强这些方面的研究。