雙饋風(fēng)電機(jī)組雙PWM變換器控制技術(shù)的發(fā)展

王姝 盧秀和

摘? 要：文章介紹了應(yīng)用在雙饋風(fēng)電機(jī)組的雙PWM變換器中網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的主要控制技術(shù)，對各自的原理、特點(diǎn)進(jìn)行分析與總結(jié)，并預(yù)測了未來控制技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：雙PWM變換器;矢量控制;直接功率控制

中圖分類號：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）10-0146-02

Abstract： This paper introduces the main control technologies of grid-side converter and rotor-side converter used in doubly-fed wind turbine dual-PWM converter， analyzes and summarizes their respective principles and characteristics， and predicts the development of control technology in the future.

Keywords： dual PWM converter; vector control; direct power control

1 概述

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)因其風(fēng)能利用率高、對風(fēng)速變化的適應(yīng)性強(qiáng)、功率因數(shù)可調(diào)、功率變換器容量小等優(yōu)點(diǎn)，能滿足用電負(fù)載和并網(wǎng)的要求，被廣泛地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。圖1所示即為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由于風(fēng)能的隨機(jī)性，功率變換器在非平穩(wěn)狀態(tài)下工作時(shí)間長，容易引起功率變換器損壞，導(dǎo)致機(jī)組斷開。因控制技術(shù)對功率變換器研究的重要性，本文就網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制方法進(jìn)行介紹。對比得出各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并基于研究現(xiàn)狀對以后的研究方向進(jìn)行預(yù)測。

2 網(wǎng)側(cè)變換器控制技術(shù)

網(wǎng)側(cè)變換器的控制目標(biāo)包括輸出恒定的直流電壓，動態(tài)響應(yīng)能力較好，確保網(wǎng)側(cè)輸入正弦電流，功率因數(shù)接近于1，利用其無功調(diào)節(jié)能力參與電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)，提高風(fēng)電并網(wǎng)能力。

2.1 電流控制

電流控制技術(shù)主要包括間接電流控制技術(shù)和直接電流控制技術(shù)這兩種。間接電流控制是通過控制電網(wǎng)的三相電壓來檢測跟隨相電壓變化的相電流的變化。該方法結(jié)構(gòu)簡單，但直流電流存在偏置問題，動態(tài)性能較差，目前應(yīng)用研究此方法的較少。直流電流控制是通過控制網(wǎng)側(cè)輸入電流進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)動靜態(tài)性能好，精度較高。

2.2 直接功率控制

該方法直接對瞬時(shí)功率進(jìn)行調(diào)制，優(yōu)點(diǎn)包括諧波少、功率因數(shù)高、控制結(jié)構(gòu)和算法簡單，但選用的開關(guān)表有局限性，致使動態(tài)性能較差。

2.3 其他非線性控制

目前較常見的包括無源控制理論、反饋線性化理論、智能控制算法等。雖然這些算法使系統(tǒng)性能提高，但會使控制系統(tǒng)過于復(fù)雜。

3 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制技術(shù)

轉(zhuǎn)子側(cè)變換器通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子輸入電壓的頻率和幅值來控制定子輸出電壓的頻率和幅值，以滿足并網(wǎng)要求。該變換器的控制方法即為永磁同步電機(jī)的控制方法。

3.1 恒壓頻比控制

根據(jù)給定的速度參考值利用空間矢量調(diào)制技術(shù)，以輸出預(yù)期的控制電壓。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單成本低，但運(yùn)行速率低，功率因數(shù)低，動態(tài)性能差，不穩(wěn)定，所以應(yīng)用較少。

3.2 矢量控制

利用坐標(biāo)變換進(jìn)行解耦，將電機(jī)的定子電流按照磁鏈的方向和與之垂直的方向分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別對這兩種電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。

3.3 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接對電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和定子的磁鏈進(jìn)行控制，無需解耦，算法結(jié)構(gòu)簡單，動靜態(tài)性能好，但開關(guān)頻率不穩(wěn)定，會產(chǎn)生大量諧波。

3.4 直接功率控制

該方法具有良好的動靜態(tài)性能，其中有一種利用瞬時(shí)功率開關(guān)表算法的直接功率算法，但系統(tǒng)穩(wěn)定性較差;還有通過對瞬時(shí)功率的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率的控制，可以保證動靜態(tài)性能的要求，但是涉及到定子磁鏈脈動的問題。但直接功率控制更多地對其應(yīng)用在網(wǎng)側(cè)變換器上，對轉(zhuǎn)子側(cè)研究較少。

4 控制技術(shù)發(fā)展方向

在實(shí)際應(yīng)用中，電網(wǎng)電壓是不穩(wěn)定的，會產(chǎn)生大量諧波，造成電網(wǎng)的污染，所以對不平衡電網(wǎng)的研究十分必要。另外，智能控制算法雖然使得系統(tǒng)較復(fù)雜，但能較好地提高性能，可以考慮試著簡化復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本文綜述了雙饋風(fēng)電機(jī)組中網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的主要控制策略，對其原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比，并預(yù)測了未來的研究方向。隨著未來技術(shù)的發(fā)展，功率變換器的控制會得到進(jìn)一步優(yōu)化，更好地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電中。

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