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摘要:直驱风电系统变流器控制技术的全面应用可以提升风电能量转化效率,为电网输出优质电能创造有利的条件。通过对背靠背双PWM全功率变流器技术分析,可以更好的对风电变流器进行电流控制,最终可以找出最优的控制方案,具体为网侧变流器控制技术、电机侧变流控制技术,二者的有效利用对优化直驱风电系统电流控制具有十分重要的价值。
关键词:直驱风电系统变流器控制
中图分类号：TM46文献标识码： A
1引言
风力发电和电网连接过程中把电力电子变流器作为接口,因此在直驱风电系统中发挥重要的作用,一方面可以对电网输出优质的电能,另一方面对风力发电机进行全面控制,同时还需要对低电压穿越功能进行实现。因此对并网风力发电装置提出了新的要求,此类要求主要包括无功功率控制、有功功率控制、频率控制、电压、电能质量控制、故障穿越功能控制等。此类控制模式要求风力发电需要逐步承担类似传统火力发电场的基本功能,也是新能源创新发展的一个重要方向。
当前所使用的背靠背双PWM全功率变流器在直驱风电系统控制过程中发挥重要的作用,具有良好的功能和性能。因此需要以背靠背双PWM全功率变流器为直驱风电系统研究对象,从而能够更好的找出侧网变流器控制基本策略,对系统故障穿越控制策略也、机侧变流器控制策略实施产生重要的作用。
2背靠背双PWM全功率变流器技术分析直驱风电系统的背靠背双PWM全功率变流器在电力系统全功率控制过程中发挥重要的作用,其由两个三相电压型变流器电路构成,发电机定子主要是通过背靠背变流器与电网进行连接。发电机侧PWM变流器主要是通过调节定子侧的q轴和d轴的电流,最终能够对发动机定子的无功功率和电磁转矩进行控制,在无功功率的情况下把其值设为0,发电机运行过程中需要让变速器处于恒频状态,额定风速下需要对风能进行有效的捕捉,从而能够获取有效的电能。网侧PWM变流器需要对d轴和q轴电流进行调节和控制,从而能够保持直流侧电压处于稳定状态,最终能够对无功功率和有功功率进行解耦控制,电流运行过程中通常在单位功率因数状态,因此系统设计过程中需要提高注入电网的电网质量。
3直驱风电系统电机側变流器控制策略值驱风电系统电气侧变流器需要对电机进行全面的控制,具体研究过程中需要以电机为研究对象,对电机能量输入变流进行控制,主要是采取电磁转矩控制技术。因此电机侧变流器控制主要对永磁同步电机进行控制,然后通过建模的方法对电流运行状况进行分析。直驱风电系统主要控制策略包括无速度传感器控制策略、直接转矩控制策略、电机矢量控制策略、直接功率控制策略,通过对电机进行全面控制可以提高风能的整体利用率。风力利用率是风电系统实施过程中的重要指标,需要对最大功率点进行有效性控制,其中最典型的方法包括功率反馈法、叶端速比法、登山搜索法等。
3.1从叶端速比法角度分析
叶端速比法控制过程中主要比较直观、简单,但是在实施过程中需要测量风轮上的风速,对精确风速的测算是比较难实现的事情。另外最优功率值与风电机和风机都有很大的关系,因此在不同的系统中采取不同的控制模式,通过风速控制,可以检测负载功率,从而能够形成风力能源系统,保证对系统变流器进行全面控制。
3.2从登山搜索法角度分析
登山搜索法可以对风电系统变流器进行有效性控制,一般情况下把其结合到机侧变流器控制策略中,主要通过网侧变流器对电流进行直接和间接控制。登山搜索法控制算法拥有自身的优势,具体实施过程中与发电机和风机特性无关,从变速风机角度看,不需要对其进行预先实验和计算,可以对系统方便的控制。设计过程中不需要对风速进行测量,因此控制器构成相对比较准确简单,小惯量系统可以直接使用,如果是较大惯量系统需要与最大功率点跟踪控制法结合在一起,从而能够找出最佳响应时间点。
4直驱网侧变流器控制策略
三相电压型PWM变流器对电流器控制,可以保持电流稳定,提高风力发电的能量转变效率。此技术近几年广泛应用于并网发电等场合,其数学模型、设计方法、控制策略已经成为当前研究的重点。网侧控制器最终目标是对电网电流进行控制,电流控制过程中可以达到快速动态响应和稳态精度效果。控制策略实施过程中可以分为直接电流控制和间接电流控制两种。间接电流控制其实是对变流器交流侧输出电压的相位和幅值进行控制,不对电流进行信息反馈,因此实施过程中会不可避免的出现网侧电流动态响应慢的问题,同时对系统参数的变化情况反映速度处于很低的状态,当前需要对其进行优化改进,采取直接电流控制技术,从而能够有效避免响应速度慢的问题。从直驱风电系统性能控制角度看,各种控制方法都有自身的优缺点,在不同的场合下采取不同的方法,这样可以取长补短、相互结合。电流控制过程中还可以采取模糊控制、预测控制、人工神经网络控制等方法,但是这些方法在实现过程中相对比较复杂,实时性差,因此可以采取一些新的方法,把其运用到电力电子装置中去,具体为。
4.1重复控制技术
重复控制技术主要从内模角度对电流控制,从理论角度看是对谐波信号进行无差错控制,其原理运用中主要是对重复内模进行谐波信号检测,主要是以电网在周期为步长进行积分测量,从而能够提高风力发电的整体效益。谐波信号具有重复周期性的特点,所以可以通过周期延时策略,运用超前环节低效开环系统的相互滞后问题,最终能够满足直驱风电系统稳定性的基本要求。重复控制实施过程中最大的优点是能够对全频段的谐波进行高精度有效性控制,并且对系统结构要求不高,简单结构便能实现其功能,具有实现简单、适用于不同模式的谐波应用场合。
4.2比例谐波控制技术
比例谐波控制与重复控制存在很多的差异性,控制器可以对谐波信号进行分析,保证其处于高增益的状态,并且能够对其进行内模控制。而两者也存在一定的区别,谐波控制器主要是对某一个特定谐波进行无差异性控制,如果需要对若干个谐波信号进行跟踪处理,必须与控制器的数量对应起来,因此造成整个系统结构比较复杂,而实现起来存在很大的难度,而重复控制使用过程中只需要一个内模便可对所有的谐波进行有效性控制,因此整个系统结构简单,谐波控制数字实现过程中对程序算法的精度要求比较高,因此出现差错的几率较小。
5结语
直驱风电系统技术在风电领域已经得到重要的应用,但是其技术实现还存在很多的缺陷,这将是未来研究的方向。系统实施过程主要从直驱风电系统机侧变流器控制策略、故障穿越控制策略、网侧变流器控制策略等方面进行技术分析,并且对未来技术发展趋势进行分析,为后续研究工作的顺利开展奠定了重要基础。
参考文献
[1]张笑微,李永东,刘军.PWM整流器电流控制策略的研究[J].电工技术杂志,2003(12).
关键词:直驱风电系统变流器控制
中图分类号：TM46文献标识码： A
1引言
风力发电和电网连接过程中把电力电子变流器作为接口,因此在直驱风电系统中发挥重要的作用,一方面可以对电网输出优质的电能,另一方面对风力发电机进行全面控制,同时还需要对低电压穿越功能进行实现。因此对并网风力发电装置提出了新的要求,此类要求主要包括无功功率控制、有功功率控制、频率控制、电压、电能质量控制、故障穿越功能控制等。此类控制模式要求风力发电需要逐步承担类似传统火力发电场的基本功能,也是新能源创新发展的一个重要方向。
当前所使用的背靠背双PWM全功率变流器在直驱风电系统控制过程中发挥重要的作用,具有良好的功能和性能。因此需要以背靠背双PWM全功率变流器为直驱风电系统研究对象,从而能够更好的找出侧网变流器控制基本策略,对系统故障穿越控制策略也、机侧变流器控制策略实施产生重要的作用。
2背靠背双PWM全功率变流器技术分析直驱风电系统的背靠背双PWM全功率变流器在电力系统全功率控制过程中发挥重要的作用,其由两个三相电压型变流器电路构成,发电机定子主要是通过背靠背变流器与电网进行连接。发电机侧PWM变流器主要是通过调节定子侧的q轴和d轴的电流,最终能够对发动机定子的无功功率和电磁转矩进行控制,在无功功率的情况下把其值设为0,发电机运行过程中需要让变速器处于恒频状态,额定风速下需要对风能进行有效的捕捉,从而能够获取有效的电能。网侧PWM变流器需要对d轴和q轴电流进行调节和控制,从而能够保持直流侧电压处于稳定状态,最终能够对无功功率和有功功率进行解耦控制,电流运行过程中通常在单位功率因数状态,因此系统设计过程中需要提高注入电网的电网质量。
3直驱风电系统电机側变流器控制策略值驱风电系统电气侧变流器需要对电机进行全面的控制,具体研究过程中需要以电机为研究对象,对电机能量输入变流进行控制,主要是采取电磁转矩控制技术。因此电机侧变流器控制主要对永磁同步电机进行控制,然后通过建模的方法对电流运行状况进行分析。直驱风电系统主要控制策略包括无速度传感器控制策略、直接转矩控制策略、电机矢量控制策略、直接功率控制策略,通过对电机进行全面控制可以提高风能的整体利用率。风力利用率是风电系统实施过程中的重要指标,需要对最大功率点进行有效性控制,其中最典型的方法包括功率反馈法、叶端速比法、登山搜索法等。
3.1从叶端速比法角度分析
叶端速比法控制过程中主要比较直观、简单,但是在实施过程中需要测量风轮上的风速,对精确风速的测算是比较难实现的事情。另外最优功率值与风电机和风机都有很大的关系,因此在不同的系统中采取不同的控制模式,通过风速控制,可以检测负载功率,从而能够形成风力能源系统,保证对系统变流器进行全面控制。
3.2从登山搜索法角度分析
登山搜索法可以对风电系统变流器进行有效性控制,一般情况下把其结合到机侧变流器控制策略中,主要通过网侧变流器对电流进行直接和间接控制。登山搜索法控制算法拥有自身的优势,具体实施过程中与发电机和风机特性无关,从变速风机角度看,不需要对其进行预先实验和计算,可以对系统方便的控制。设计过程中不需要对风速进行测量,因此控制器构成相对比较准确简单,小惯量系统可以直接使用,如果是较大惯量系统需要与最大功率点跟踪控制法结合在一起,从而能够找出最佳响应时间点。
4直驱网侧变流器控制策略
三相电压型PWM变流器对电流器控制,可以保持电流稳定,提高风力发电的能量转变效率。此技术近几年广泛应用于并网发电等场合,其数学模型、设计方法、控制策略已经成为当前研究的重点。网侧控制器最终目标是对电网电流进行控制,电流控制过程中可以达到快速动态响应和稳态精度效果。控制策略实施过程中可以分为直接电流控制和间接电流控制两种。间接电流控制其实是对变流器交流侧输出电压的相位和幅值进行控制,不对电流进行信息反馈,因此实施过程中会不可避免的出现网侧电流动态响应慢的问题,同时对系统参数的变化情况反映速度处于很低的状态,当前需要对其进行优化改进,采取直接电流控制技术,从而能够有效避免响应速度慢的问题。从直驱风电系统性能控制角度看,各种控制方法都有自身的优缺点,在不同的场合下采取不同的方法,这样可以取长补短、相互结合。电流控制过程中还可以采取模糊控制、预测控制、人工神经网络控制等方法,但是这些方法在实现过程中相对比较复杂,实时性差,因此可以采取一些新的方法,把其运用到电力电子装置中去,具体为。
4.1重复控制技术
重复控制技术主要从内模角度对电流控制,从理论角度看是对谐波信号进行无差错控制,其原理运用中主要是对重复内模进行谐波信号检测,主要是以电网在周期为步长进行积分测量,从而能够提高风力发电的整体效益。谐波信号具有重复周期性的特点,所以可以通过周期延时策略,运用超前环节低效开环系统的相互滞后问题,最终能够满足直驱风电系统稳定性的基本要求。重复控制实施过程中最大的优点是能够对全频段的谐波进行高精度有效性控制,并且对系统结构要求不高,简单结构便能实现其功能,具有实现简单、适用于不同模式的谐波应用场合。
4.2比例谐波控制技术
比例谐波控制与重复控制存在很多的差异性,控制器可以对谐波信号进行分析,保证其处于高增益的状态,并且能够对其进行内模控制。而两者也存在一定的区别,谐波控制器主要是对某一个特定谐波进行无差异性控制,如果需要对若干个谐波信号进行跟踪处理,必须与控制器的数量对应起来,因此造成整个系统结构比较复杂,而实现起来存在很大的难度,而重复控制使用过程中只需要一个内模便可对所有的谐波进行有效性控制,因此整个系统结构简单,谐波控制数字实现过程中对程序算法的精度要求比较高,因此出现差错的几率较小。
5结语
直驱风电系统技术在风电领域已经得到重要的应用,但是其技术实现还存在很多的缺陷,这将是未来研究的方向。系统实施过程主要从直驱风电系统机侧变流器控制策略、故障穿越控制策略、网侧变流器控制策略等方面进行技术分析,并且对未来技术发展趋势进行分析,为后续研究工作的顺利开展奠定了重要基础。
参考文献
[1]张笑微,李永东,刘军.PWM整流器电流控制策略的研究[J].电工技术杂志,2003(12).