双馈风电机组并网运行改进控制策略研究

双馈风电机组并网运行改进控制策略研究

李熙

华能国际电力股份有限公司河南清洁能源分公司 河南郑州 450016

摘要：电力能源是现在社会发展的基础，随着我国经济的不断发展，对于电力的需求量也在不断增加。目前，我国仍然以传统的火力发电为主，占据总发电量的70%。火力发电技术成熟度较高，发电状况较为稳定，但是在发电的过程中，煤炭的燃烧会对周围的环境产生污染。为了能够降低对环境的污染，改善我国的资源状态，我国加大了对清洁能源的开发与利用，其中风力发电项目便是其中重要的一部分。风能是一种可再生的清洁能源，在我国许多多风地区能够实现持续的发电，在降低煤炭资源消耗和保护环境的方面有较大的益处。但是，风力发电过程中，由于风速并不稳定，电机输出状况会受到风速大小的影响，而风电并网过程中对电能有着较高的要求，所以加强对并网运行的控制至关重要。

关键词：双馈风电机组，并网运行，控制策略

引言：风电成为现在发电系统中的重要组成部分，借助于可再生的清洁能源，能够有效降低对不可再生的矿产资源的消耗。同时，风力发电机组在发电的过程中不会对周边的环境带来污染，有利于我国生态环境的改善和可持续发展。随着现在风力发电机组的不断发展，单台风力发电机的发电能力也在不断提升。我国的风电资源大多数集中在人口较为稀疏的地区，但是这些地区并不是能源负荷的核心区域，因此，要想将这些风电资源加以利用，必须将风力发电场的电能并入电网系统中，并将这些能源输送到有需求的地区。但是电网运行过程中会存在一定的电压波动，风电机组并网过程中也会带来一定的电流波动，造成电网的稳定性降低。因此，要想更好的利用风能资源，改善风电并网过程中的电能质量，必须做好风电的并网控制。

一、我国风电机组并网控制现状

目前，我国针对并网主要有直接并网、降压并网以及通过晶闸管软并网的方式。在这些并网方式中，直接并网容易产生较大的冲击电流，造成电网电压的下降；降压并网往往需要外界电阻器件，这样就会造成一定程度的能量消耗，因此，在并网之后，要及时的切除外界器件；软并网的形式需选用电流允许值大的高反压双向晶闸管，这是因为双向晶闸管中通过的电流需满足能通过异步发电机的额定电流值，而具有旁路并网自动开关的软并网连接方式中的高反压双向晶闸管只要能通过较发电机空载电流略高的电流就可以满足要求。

通过上述的分析可以发下，我国现在使用的并网方式虽然能够实现风电资源的有效并网，在一定程度上也降低了对电网稳定性的破坏，但是在实际的使用过程中还存在一些不足所以必须针对这些问题进行改进。随着技术的不断进步，双馈风电机组逐渐成为风力发电过程的主力，该机组主要采用空载并网的形式实现并网运行，因此，针对双馈机组的空载并网控制研究成为了当今的热门话题。

二、双馈双馈风电机组并网运行控制策略

在现行领域中，风力发电大多数通过永磁直驱电机和双馈发电机组进行。随着双馈发电机组技术的不断成熟，其在结构大小、耐用性、易维护性以及发电性能等放面都要明显优于永磁直驱发电机，在风力发电领域的使用范围也在进一步扩大。而双馈发电机组的并网方式上也是因为空载并网更为简单操作，因此成为现在风电机组的主流并网方式。所以，要想提升对风电机组的并网控制能力，需要提升其空载并网控制（缺宾语）。当然，除此之外，并网运行之后，电网会存在一定的波动，如果控制方式不稳定，同样会造成并网失败，所以也需要提升风电机组在电网暂态过程中的并网稳定性，也就是提升其低压穿越能力。

1、双馈风电机组空载并网控制策略

空载并网前，电机不带负载，由原动机控制发电机转速，并网时，因定子端电压受电网电压控制，且二者相等，所以定子电流逐渐减小到零。在并网控制的过程中，系统整体采用双闭环的模糊PI控制方式。PID控制一直是工业生产中的主流控制方式，通过比例、积分和微分三个参数的调节能够有效的控制系统的稳定性。而模糊控制能够利用模糊理论，将不确切的控制转换为精确控制方式。同时模糊PI控制能够具有较好的非线性处理能力和自适应能力，对于并网过程中出现的许多不确定性问题具备较好的鲁棒性。

电压环为外环控制，采用模糊PI控制器，整定模糊PI控制器的比例和积分参数，该控制有利于提高系统的控制精度，减小稳态误差；电流环作为内环控制，提高系统的响应速度。转子电流经过控制器得到转子侧电压，该电压降通过双PWM变流器实现双馈风力发电机的空载并网，减小并网时的电流冲击。通过这种方式并网之后，能够使得电机输出电压的频率、幅值和相角保持一致，能够满足并网的条件。同时，在并网之前，电机的输出电流为零，而并网瞬间会产生一个冲击电流，因为定子电压能够达到并网的条件，所以在并网之后见笑了转子侧电流的冲击。（最后这句话意思有点不够通顺）

2、双馈风电机组低押穿越控制策略

在并网运行过程中，为了能够提升运行时的稳定性，进一步降低双馈风电机组对于系统暂态的适应能力，可以采用具有专家PI控制的方式。因为系统运行过程中，会存在频繁的微小波动，这些波动在范围内不会影响系统运行，但是一旦超过范围就会对并网稳定性产生影响，严重的会造成风电机组甩负荷的状况。而专家PI控制能够通过对使用过程中数据的学习，自主适应电网波动的变化，调整控制器的参数，并且根据以往的数据，能够有效的应对电网暂态过程。另外，专家系统是根据以往的数据经验对控制器进行调节，具备较强的在线学习能力，也就是说，采用这种控制方式，当并网运行时间越长，控制系统的经验获取便会越多，系统的稳定性也会进一步增强，控制器参数的调节也会更加迅速。

如今，在风电机组运行的过程中，各种对于并网的控制策略也层出不穷，但是在实际的使用中往往也会存在一定的问题，或者有些控制方式只是单纯提升某一方面的控制性能，无法针对并网时和并网之后的稳定运行进行全面改进。而本文的这种控制方法，既考虑了并网过程中的稳定性，降低了在并网时对电网产生的冲击电流，提高了并网成功的概率。同时，也通过提升风电机组的低压穿越能力也进一步提升了在电网出现故障时的稳定性，改善了电网运行过程中的性能，具备较强的自适应能力。

结束语

风电并网是实现风电资源有效利用的必要环节，也是解决我国资源分配不均的有效手段。但是在并网过程中因为风电受到外界环境影响较大，会对电网的稳定性带来一定的影响。本文针对双馈风电机组空载并网过程的控制进行了研究，针对容易出现的稳定性问题，采取了有效的抑制手段。同时通过合理的方式，提升了电机并网后的低压穿越能力，保证风电机组在电网出现故障时，仍然具备较好的并网性能。

参考文献

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