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【摘 要】文章以双馈风力发电系统基本组成为切入点，继而介绍某实际案例，最终引出故障时双馈风力发电系统的控制系统，分别从对称故障状态及非对称故障状态加以说明，提出风力发电系统應具备的故障穿越能力，在双变流器协调控制的基础上进行适当延伸，以期强化相关工作开展效果。
【关键词】双馈风力发电;发电系统;控制策略
引言：世界能源正随着各国经济的发展持续减少，且此类能源多属于不可再生能源，如何提高可再生能源利用率便成为了一个值得探讨的问题，风力发电能源作为可再生能源的重要组成，在公众生产与生活中将发挥出更积极的作用。双馈风力发电系统可大幅提升能量转换效率，增强其稳定性十分必要。
1.双馈风力发电系统
根据发电机运行方式的不同，风力发电系统可分为恒速恒频风力发电系统及变速恒频风力发电系统，后者包括当前市场上广泛应用的双馈风力发电系统，该系统以低成本、高质量在市场竞争中逐渐占据有利地位，开始成为新的主流机型。双馈风力发电系统基本构成为风机系统、双馈发电系统，前者负责收集风能的同时，实现功率控制，最终将风能转换成为机械能;后者负责将机械能转换为电能，用于生活与生产活动[1]。如图1所示。
风机系统将捕获到的风能及时转化为机械能，风机带动作用下，双馈发电机系统完成机械能向电能的有效转换。在这一过程中，双馈发电机借助变流系统围绕双馈电机转子实施可控励磁调节，确保整个系统运行期间能够进行变速恒频发电。通常情况下，双馈电机实施额定功率因数控制，如若系统运行稳定，则可将风能利用率最大化、电网获得功最大化。故障时采用正常状态下的常规控制策略，双馈电机功率点保持不变，而电网接收到的功出现变化，无法确保电网运行稳定，这就需要制定专门的解决措施，便于实现紧急控制。
2.实际案例
创设仿真平台，在稳定状态下实行直接功率控制，以最大功率点作为有功参考数值，功率因数视情况而定。系统发生短路故障，最大功率点开始追踪控制，自动切换至频率控制状态，额定功率因数控制转变为电压控制，双馈电机持续减少或增加功输出，促使系统电压与频率振荡程度最小化，防止系统受到影响出现波动，此种情况下系统电压与频率变化趋势并不明显，趋近稳定。双馈风力发电机额定功率为9MW，共设有两个升压变压器，接线方式保持一致，仿真模型并未设置一定的初始数值，时间停留在0.4s左右，系统运行状况良好稳定，时间停留在1.5s时，线路存在明显故障，故障持续时间大约在0.15s左右，风速始终保持恒速，平均每秒10米。采取针对性解决措施后，工作人员发现风力发电机输出功时产生的波动更加明显。
出现两相短路后，系统短路容量相对较大，双馈电机可以利用存储部分适量减少有功输出，输出无功保证系统电压稳定。不加以故障控制情况下，系统电压下降至0.5时，频率处于59.4至60.6赫兹之间，持续至故障排除，加以故障控制后，系统电压下降至0.5时，频率变动在59.8至60.2赫兹之间。
3.故障时双馈风力发电系统的控制策略
3.1对称故障下控制策略
电网出现运行故障时，接入点电压大幅下降，定子磁链产生不同程度的工频振荡，其振幅变化与电压变化情况成正比，磁链直流分量固定作用下，转子电流与直流侧电压持续增加。技术人员可适当调整机侧变流器控制，达到直流分量控制目的。双馈风力发电系统内的双变流器具有迅速调节功能，且调节形式为无功调节，一旦系统运行故障，可对接入点无功功率进行紧急补偿，强化接入点电压，换句话说，系统电压波动后，工作人员需尽快采取措施，促使电压恢复处于电网整定值范围之中。
电网故障时，为了尽可能的提升电压稳定性，应根据无功容量需要，精准计算相应的有功功率数值，系统发出控制指令。电网故障发生0.5秒后，利用自动切换模式进行电压控制，交流器开始进行无功功率补偿，加速恢复接入点电压。故障于0.5秒后消失，控制系统恢复原状，此时输出无功功率为零，接入点电压正常稳定。
3.2不对称故障下控制策略
基于电网电压不对称故障模型，积极发挥出变流器的作用。变流器直流母线为并联关系，整体容量大，技术人员利用该模型计算出各项参数，确定下来电网电压不对称状态下网侧变流器的有功及无功功率数值。电网不对称故障时，其中涉及到的电压及电流负序分量可能致使各物理量中同样存在负序分量，定子与转子各机组电流均会产生不对称情况，技术人员应从变流器控制入手，重点解决不对称故障时的机组运行问题。
经过一系列研究后总结具体控制策略，即为当电网运行不平衡时，电压开始产生负序分量，传统励磁控制策略多为不平衡控制，不采用这一措施的前提下，双馈风力发电系统物理量受到明显影响，发生不同程度的脉动与振荡。先后借助正序与反序双电流环控制措施，围绕各抑制目标实施全面控制，值得注意的是，不同时间段内所用的控制策略也略有差异，例如不对称故障2至2.6s期间，实行抑制定子有功脉动功率策略，直至3.2s时运用抑制电磁转矩脉动策略，取得了良好的控制效果[2]。总的来说，考虑到电网运行可靠性与稳定性需要，双馈风力发电系统必须拥有较强的故障穿越能力，能够实现不同状态下的高效运行，即使出现小范围电压下降现象，变流系统均可采用穿越控制策略保证机组正常工作，这就要求相关人员加大研发力度，逐步展开深入研究。
结论：双馈风力发电系统出现运行故障时，电压与频率通常会出现不同程度的振荡，加剧了系统不稳定性，为了有效改善这一情况，技术人员有必要创建电压控制与系统模型。如若发生故障，利用自动化技术将系统切换至电压与频率自动控制状态，保证双馈风力发电系统故障期间的安全性与可靠性。
参考文献：
[1]田磊.基于虚拟同步发电机的双馈风力发电机组控制[D].沈阳工业大学，2019
[2]马永翔，孙荔伟，王一君.基于双馈风力发电系统的无功补偿优化研究[J].电力电容器与无功补偿，2019，40（04）：152-156+163
（作者单位：黑龙江龙源新能源发展有限公司）
【关键词】双馈风力发电;发电系统;控制策略
引言：世界能源正随着各国经济的发展持续减少，且此类能源多属于不可再生能源，如何提高可再生能源利用率便成为了一个值得探讨的问题，风力发电能源作为可再生能源的重要组成，在公众生产与生活中将发挥出更积极的作用。双馈风力发电系统可大幅提升能量转换效率，增强其稳定性十分必要。
1.双馈风力发电系统
根据发电机运行方式的不同，风力发电系统可分为恒速恒频风力发电系统及变速恒频风力发电系统，后者包括当前市场上广泛应用的双馈风力发电系统，该系统以低成本、高质量在市场竞争中逐渐占据有利地位，开始成为新的主流机型。双馈风力发电系统基本构成为风机系统、双馈发电系统，前者负责收集风能的同时，实现功率控制，最终将风能转换成为机械能;后者负责将机械能转换为电能，用于生活与生产活动[1]。如图1所示。
风机系统将捕获到的风能及时转化为机械能，风机带动作用下，双馈发电机系统完成机械能向电能的有效转换。在这一过程中，双馈发电机借助变流系统围绕双馈电机转子实施可控励磁调节，确保整个系统运行期间能够进行变速恒频发电。通常情况下，双馈电机实施额定功率因数控制，如若系统运行稳定，则可将风能利用率最大化、电网获得功最大化。故障时采用正常状态下的常规控制策略，双馈电机功率点保持不变，而电网接收到的功出现变化，无法确保电网运行稳定，这就需要制定专门的解决措施，便于实现紧急控制。
2.实际案例
创设仿真平台，在稳定状态下实行直接功率控制，以最大功率点作为有功参考数值，功率因数视情况而定。系统发生短路故障，最大功率点开始追踪控制，自动切换至频率控制状态，额定功率因数控制转变为电压控制，双馈电机持续减少或增加功输出，促使系统电压与频率振荡程度最小化，防止系统受到影响出现波动，此种情况下系统电压与频率变化趋势并不明显，趋近稳定。双馈风力发电机额定功率为9MW，共设有两个升压变压器，接线方式保持一致，仿真模型并未设置一定的初始数值，时间停留在0.4s左右，系统运行状况良好稳定，时间停留在1.5s时，线路存在明显故障，故障持续时间大约在0.15s左右，风速始终保持恒速，平均每秒10米。采取针对性解决措施后，工作人员发现风力发电机输出功时产生的波动更加明显。
出现两相短路后，系统短路容量相对较大，双馈电机可以利用存储部分适量减少有功输出，输出无功保证系统电压稳定。不加以故障控制情况下，系统电压下降至0.5时，频率处于59.4至60.6赫兹之间，持续至故障排除，加以故障控制后，系统电压下降至0.5时，频率变动在59.8至60.2赫兹之间。
3.故障时双馈风力发电系统的控制策略
3.1对称故障下控制策略
电网出现运行故障时，接入点电压大幅下降，定子磁链产生不同程度的工频振荡，其振幅变化与电压变化情况成正比，磁链直流分量固定作用下，转子电流与直流侧电压持续增加。技术人员可适当调整机侧变流器控制，达到直流分量控制目的。双馈风力发电系统内的双变流器具有迅速调节功能，且调节形式为无功调节，一旦系统运行故障，可对接入点无功功率进行紧急补偿，强化接入点电压，换句话说，系统电压波动后，工作人员需尽快采取措施，促使电压恢复处于电网整定值范围之中。
电网故障时，为了尽可能的提升电压稳定性，应根据无功容量需要，精准计算相应的有功功率数值，系统发出控制指令。电网故障发生0.5秒后，利用自动切换模式进行电压控制，交流器开始进行无功功率补偿，加速恢复接入点电压。故障于0.5秒后消失，控制系统恢复原状，此时输出无功功率为零，接入点电压正常稳定。
3.2不对称故障下控制策略
基于电网电压不对称故障模型，积极发挥出变流器的作用。变流器直流母线为并联关系，整体容量大，技术人员利用该模型计算出各项参数，确定下来电网电压不对称状态下网侧变流器的有功及无功功率数值。电网不对称故障时，其中涉及到的电压及电流负序分量可能致使各物理量中同样存在负序分量，定子与转子各机组电流均会产生不对称情况，技术人员应从变流器控制入手，重点解决不对称故障时的机组运行问题。
经过一系列研究后总结具体控制策略，即为当电网运行不平衡时，电压开始产生负序分量，传统励磁控制策略多为不平衡控制，不采用这一措施的前提下，双馈风力发电系统物理量受到明显影响，发生不同程度的脉动与振荡。先后借助正序与反序双电流环控制措施，围绕各抑制目标实施全面控制，值得注意的是，不同时间段内所用的控制策略也略有差异，例如不对称故障2至2.6s期间，实行抑制定子有功脉动功率策略，直至3.2s时运用抑制电磁转矩脉动策略，取得了良好的控制效果[2]。总的来说，考虑到电网运行可靠性与稳定性需要，双馈风力发电系统必须拥有较强的故障穿越能力，能够实现不同状态下的高效运行，即使出现小范围电压下降现象，变流系统均可采用穿越控制策略保证机组正常工作，这就要求相关人员加大研发力度，逐步展开深入研究。
结论：双馈风力发电系统出现运行故障时，电压与频率通常会出现不同程度的振荡，加剧了系统不稳定性，为了有效改善这一情况，技术人员有必要创建电压控制与系统模型。如若发生故障，利用自动化技术将系统切换至电压与频率自动控制状态，保证双馈风力发电系统故障期间的安全性与可靠性。
参考文献：
[1]田磊.基于虚拟同步发电机的双馈风力发电机组控制[D].沈阳工业大学，2019
[2]马永翔，孙荔伟，王一君.基于双馈风力发电系统的无功补偿优化研究[J].电力电容器与无功补偿，2019，40（04）：152-156+163
（作者单位：黑龙江龙源新能源发展有限公司）