双馈风力发电系统控制策略研究

双馈风力发电系统控制策略研究

徐占胜

中电投内蒙古新能源有限公司

摘要:随着社会的快速发展,科技化、信息化的气息也变得愈加浓重起来，可以说已随处可见，于此同时各个领域的发展也在悄无声息的发生着变化，比如说风力发电。风力发电作为我国实现能源节约型国家的发展战略目标之一，始终成为大家探讨的话题和关注的焦点，由此就在潜移默化之中鞭策着风力发电的发展状况以及发展态势，不断地进行探索和研究，不仅提高了风力发电的高度，更对国有经济的发展起到了促进和推动性作用。

关键字：风力发电双馈系统控制策略

前言：在我国，风力发电作为一种节约型能被倡导和使用，风力发电依据其自身的特性一直以来被不断地开发和探索，为了使得风力发电市场得到更大的市场空间和发挥出更大的效能，在许多人的努力之下，研发出了新一代的风力发电系统，称为双馈风力发电系统，尽管在发展领域有所突破，但是只有真正掌握了其控制方法和技术技巧，才能发挥出双馈系统风力发电的优势，进而更好的为节约型目标贡献出宝贵的价值。

一、双馈风力发电系统概述

日常生活中，风力发电很少见，大多数人只是听说而已，这样就对风力发电发展形成了阻碍，因此只有对风力发电有一定认识和掌握,特别是双馈风力发电系统,作为风力发展的一个新的高度,一定要对其有一个更深入了解,才能更好的实现双馈风力发电系统的作用与效能.

（一）风力发电机

风力发电机具有有两层含义,表层次讲,从能源角度出发,风能是其中的一种代表形式,既可以称之为风力发电机,又可以囊括为以太阳作为能源主体，通过大气实现热能效应的发电机体；深层次讲，从物理学角度出发，通过机械能转换和机械做功的方式，进而使得转子被带动形成旋转提，最后产生可用的交变电流的发电设备。风力发电机的类型很多，大致分为分为同步型、异步型。水平轴型和垂直轴型四种形式，最早研发出来的发电机称之为垂直轴风力发电机，又名达里厄型风力发电机，在此基础上，许多国家又进行了深入的探索和研究。目前我国在风力发电领域成绩十分显著，正在向着双馈风力发电系统发起新的挑战。

（二）新型风力发电系统的结构及其功能

根据对传统双馈风力发电系统的了解，传统的双馈系统结构非常简单，一般使用的都是交流励磁电源作为供电系统，电源中又包含两个背靠背结构的电压源型脉宽调制（PWM）变换器组成，又被分别命名为RSC和GSC。

从传统双馈系统端口特性来分析，如果从整体的角度出发，把背靠背转换器和双馈式感应发电机相融合，进而可以把系统看成为一个单输入单输出的整系统，，之后从能量流动的净功率入手，那么就可以从风能的互相转换之间得到机械功率，忽略掉过程中的损耗之后，可以得出两端的输出功率相等。

然而新型双馈风力发电系统则是借助传统的双馈风力发电系统，通过储能装置连接到背靠背变换器的直流侧，具体系统图如图1所示。

图1新型双馈风力发电系统框图

根据图中所示,系统图中直接可以观察到端口之间的能量流动关系,这时再次将发电机和变换器捏合成一个整体的话,那么新型系统将会变为一个双输入单输出的系统。储能系统技能提供RCS按最大风能跟踪控制要求所需的转差功率，又能通过GSC对并网点提供补偿的有功功率，另外传统的双馈风力发电系统与新型双馈风力发电系统相比较，受干扰性很差，传统双馈风力发电系统会受到风速的制约，风速又会引起机械功率波动，最终直接影响输出功率的数值，然而新型双馈风力发电系统，由于储能装置和电网交换方式的存在，从而可以是的输出功率变的更加平稳。

二、双馈风力发电系统控制策略研究

经过上面的叙述，对双馈风力发电系统有了一个全新的理解和认识，并且根据对比情况来看，新型双馈风力发电系统已经取代了传统的双馈风力发电系统，无论在性能上还是结构上，都有了很大程度的提高和改进，为了使得新型风力发电系统更加有效的被利用和发挥作用，就要对其进行更加准确的控制策略和使用方法，为此提出以下几点优化策略，希望将给予大家帮助。

（一）GSC控制策略

GSC控制策略主要是针对GSC控制系统来实现控制的。从GSC的系统状况分析来看其主要是以电网电压为核心，实行的定向的矢量控制策略，间接的对有功功率和无功功率实现解耦控制。矢量控制策略可以使得有功功率外环功率指令得出P*g=P*A+PS这一等式，无功功率外环指令通过计算可以得出系统中所需的功率因数数值，其误差经过比例一积分（PI）调节器后作为内环电流指令i*d和i*q；另外，GSC的PWM控制是由内环电流控制器控制的电流，经过交叉耦合项补偿后的调制信号来实现。

GSC控制目标是利用双馈式感应发电机定子的波动性，从而实现对有功功率的补偿，使实际输出到电网的有功功率期望值P*A相等。所以有功功率指令公式为P*g=P*A+PS。

（二）RSC控制策略

RSC控制系统，与GSC控制系统相比，单从形式上没什么太大的区别，采用的都是双馈式发电机，最终目的都是实现有功功率和无功功率的解耦控制，但RSC系统主要是依靠磁场来实行矢量控制策略的。从系统中可以分析得到，最大风能直接决定着有功功率的数值，然而跟踪控制算法是确定最大风能的唯一方法，至于无功功率外环自然也是根据运行中的需求状况通过功率因数得到的，其误差经过PI调节器后作为内环电流指令，RSC的PWM控制是由内环电流控制器控制的电流，经过交叉耦合项补偿后的调制信号来实现。

RSC的控制目标是利用最大风能，通过跟踪控制策略，间接的获得了定子端口的的有功功率额定值，最终达到风能最大程度利用的效果。

（三）最大功率点跟踪策略

通过上面的论述,我们可以得知RSC控制策略、GSC控制策略都是属于无功解耦控制，然而最大功率点跟踪策略，则是在两种策略基础之上的一种创新性研究，融合了转速的概念之后，通过输出总功率特性曲线自身的性质，达到最大功率点更总的目的。最大功率点跟踪策略具体工作流程是：首先需要系统满足跟踪状态的条件下，特定时间下转速开始运行，之后根据不同的需求对指令步长进行适当的增大或减小，以确保系统正常运行。当本次输出功率满足大于上次输出功率的条件时，证明可以保持调节状态，反之，则需要对方向进行适当的调整或改变。

根据大家对风速变化时系统哦你工作状态的了解，双馈风力发电系统在实现柔性并网后，此时，电网输出功率已经为零，那么这就作为起始工作点，命名为A点，之后加入最大功率点跟踪策略，转速和功率会发生相反的变化趋势，工作点会自动调节到某一基点附近，当风速突然降低时，在转动惯性的驱使下，转速不会发生明显变化，工作点则会下降，功率也会随之骤减，这时的系统会通过主动调节来维持转速平衡，自动寻找功率增大的方向，工作点又会再一次升高，转速不发生变化，但是功率却会突然增大，然后会对公驴增大的方向进行追踪，运行到细一点，最终稳定在最大功率附近。

结束语：综上所述，从目前的形势发展来看，风力发电系统主要是以双馈系统为主，实际上，在双馈风力发电系统的发展和研究上，还存在着很多问题和不足，还有待于进一步的完善和提高，特别是在对双馈风力发电系统的控制策略上，应该对不同的双馈风力发电系统实行不同的控制方法，只有在控制策略上对双馈风力发电系统有所掌握和深入，才能更好的实现双馈风力发电系统的自身价值。

文献综述：

[1]徐海亮,章玮,陈建生,孙丹,贺益康.考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略[J].中国电机工程学报.2013(36)

[2]徐海亮,章玮,贺益康,陈建生.双馈型风电机组低电压穿越技术要点及展望[J].电力系统自动化.2013(20)

[3]邹和平.变速恒频双馈风力发电系统故障穿越技术研究[D].大连理工大学2013

[4]王萌.电网故障下双馈风力发电系统功率变换器运行控制[D].天津大学2012