張冶

身份證號120103197904137311

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)反推控制策略的研究

張冶

身份證號120103197904137311

伴隨著我國自然能源的不斷匱乏，人們已經(jīng)越來越迫切的需要一些新型能源與可持續(xù)能源來替代。太陽能技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等一些可持續(xù)發(fā)展的新能源被重視起來。其中對于加強風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來說，對于我國長遠發(fā)展具有非常重要的意義。結(jié)合我們對于風(fēng)力發(fā)電的多年研究，一般都是選擇雙饋式設(shè)計進行風(fēng)力發(fā)電，所以我們下面將主要從雙饋式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進行分析，從而希望能夠?qū)︼L(fēng)電企業(yè)的發(fā)展有一些幫助。

雙饋風(fēng)力發(fā)電；反推算法；直接功率

1 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、特點

1.1 雙饋風(fēng)電系統(tǒng)模型

我們所知道的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是通過雙饋電機的定子與電網(wǎng)直接進行連接，而轉(zhuǎn)子則是與三相勵磁變換器進行交流勵磁作用，這樣產(chǎn)生的電磁功率帶動轉(zhuǎn)子的兩個回路與整個電網(wǎng)連接交換，其主要的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。而我們從整個雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上可以看出，整個發(fā)電系統(tǒng)是由兩個相對獨立的系統(tǒng)組裝而成。其中風(fēng)力機與齒輪箱組成了其中的空氣動力系統(tǒng)，而雙饋電機則成為其中的電氣系統(tǒng)。

圖1 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

雙饋發(fā)電機與傳統(tǒng)的普通發(fā)電機相比，從結(jié)構(gòu)上存在很多相似的地方，在雙饋發(fā)電機的使用過程中，定子繞組通過和電網(wǎng)進行直接連接，轉(zhuǎn)子繞組則憑借著變頻器進行幅值、頻率和相位的提供。這樣能夠在進行風(fēng)力發(fā)電的過程當(dāng)中，不管風(fēng)速產(chǎn)生了怎樣的變動，都能夠使電機的運動速度在變化時，可以憑借著變頻器控制轉(zhuǎn)子當(dāng)中的電流大小，這樣也就能夠?qū)D(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)速度進行有效的調(diào)控，從而可以讓轉(zhuǎn)子的磁感應(yīng)強度和定子的運轉(zhuǎn)速度保持一定的匹配狀態(tài)。而我們在這種環(huán)境當(dāng)中，定子感應(yīng)電勢頻率便能夠保持相對恒定的狀態(tài)，發(fā)電系統(tǒng)就能夠進行變速恒頻的運轉(zhuǎn)。

雙饋發(fā)電機通過對轉(zhuǎn)差頻率的調(diào)控來完成發(fā)電機的雙饋速度調(diào)節(jié)，其自身的調(diào)節(jié)的控制方式就是通過發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)來完成的。轉(zhuǎn)子電路的功率則是憑借發(fā)電機在運轉(zhuǎn)過程當(dāng)中的速度限定值來確定轉(zhuǎn)差功率的。所以，對于轉(zhuǎn)差功率只是發(fā)電機定子原有功率的1/3～1/4，功率變化設(shè)備的容量相對較低，電壓較小，這樣會使變頻器在運行的過程當(dāng)中經(jīng)濟成本大幅度下降，系統(tǒng)在整理和設(shè)計的過程當(dāng)中也會更加方便。

1.2 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機的特點

雙窺視風(fēng)力發(fā)電機的工作原理是由嵌入在相同形狀凹槽中的定子繞組，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的磁場，然后在轉(zhuǎn)子中我們安裝絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，通過轉(zhuǎn)子上接出的電線連接到集電環(huán)中。一般來說，定子與電網(wǎng)能夠直接進行連接，而轉(zhuǎn)子則需要通過特定的變換器與電網(wǎng)進行連接，這樣才能方便進行交流勵磁。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機的造價比較低廉，并且占用的面積也非常小，我們可以進行無功率調(diào)節(jié)。并且雙饋風(fēng)力發(fā)電機的抗干擾能力較強，適合我們廣泛推廣。雙饋風(fēng)力發(fā)電機運行過程中，并不會與整個供電網(wǎng)絡(luò)有直接的聯(lián)系，通常都是轉(zhuǎn)子進行相連，所以這種發(fā)電機的電力輸出比較穩(wěn)定，不會再工作中出現(xiàn)特別大的波動。并且我們的雙饋風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)能夠通過無功率調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)子的交流勵磁過程，可以很好的適應(yīng)外界風(fēng)力的變化。

2 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機的運行原理分析

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)要想連接到相應(yīng)的電力網(wǎng)中，需要將定子進行相連，轉(zhuǎn)子則連接到雙脈沖調(diào)制變流器中即可。如果輸出的電力沒有任何數(shù)據(jù)上的不同時，我們通過雙脈沖的變流器就能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子端的電流。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機能夠保證其有很強的適應(yīng)力與穩(wěn)定性，一般將其分為超同步模式、同步模式、亞同步模式這三種運行模式。

2.1 超同步模式

超同步模式主要指的是，當(dāng)定子磁場處于轉(zhuǎn)動的效率較低的情況下，轉(zhuǎn)軸的輸出功率則要高于定子磁場的功率，并且不需要直流勵磁電流的幫助。只需要借助雙脈沖調(diào)制變流器就能夠完成整個供電工作。這種通過發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子就能像供電網(wǎng)絡(luò)進行輸電的模式就屬于我們正常工作模式。

2.2 同步模式

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)處于定子磁場轉(zhuǎn)動與轉(zhuǎn)子的磁場轉(zhuǎn)動的頻率相同，那么轉(zhuǎn)軸的輸出功率也就一樣。而雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)只能夠通過定子進行電力輸出，轉(zhuǎn)子連接的電路沒有辦法進行電力輸出，所以這種情況下轉(zhuǎn)動的功率幾乎一樣，這就說明這種工作模式屬于我們同步模式。

2.3 亞同步模式

當(dāng)定子磁場處于低于轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)動的情況下，其轉(zhuǎn)軸的輸出功率較低，我們必須根據(jù)實際的情況進行雙脈沖變流器的調(diào)節(jié)，只有這樣才能完成供電網(wǎng)絡(luò)的電力輸送任務(wù)。當(dāng)電能輸出需要定子電路進行分擔(dān)時我們可以稱之為補償發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電中如果風(fēng)力變化小那么雙饋式的發(fā)電系統(tǒng)則處于亞同步狀態(tài)，所以外界環(huán)境決定了發(fā)電機的工作模式。

2.4 模式分析

通過對這三種工作模式進行仔細的分析，我們以變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為例，通過發(fā)電機的定子與電網(wǎng)相連，通過PWM變換器進行電網(wǎng)的連接。根據(jù)雙饋電機工作的內(nèi)容我們將其進行電機功率的分類。其中主要有4種不同狀態(tài)的發(fā)電機功率，分別為次同步電動、次同步發(fā)電、超同步電動、超同步發(fā)電。

3 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機控制技術(shù)

隨著再生能源技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪幸矊茖W(xué)技術(shù)越來越重視，在整個電力系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電的重要性也不斷顯現(xiàn)。但是如果風(fēng)速處于恒定不變狀態(tài)，那么就為我們的發(fā)電槳葉轉(zhuǎn)速增加了不穩(wěn)定性，如何保證風(fēng)力發(fā)電機的輸送穩(wěn)定性，是整個風(fēng)電系統(tǒng)一個較為重要的研究課題。雙饋式發(fā)電機的能夠在這種情況下滿足風(fēng)力發(fā)電的要求，一般而言雙饋式發(fā)電機主要包含以下控制技術(shù)：

3.1 矢量控制

對于矢量控制技術(shù)來說，主要的核心按照定子的相位值與電流頻率進行相應(yīng)數(shù)量的控制，這樣能夠?qū)⒁恍┲绷髁哭D(zhuǎn)化為交流量。通過這些變化來控制發(fā)電機的工作情況，從而將能量的轉(zhuǎn)化效率進行提高，以便能夠保證電網(wǎng)輸出的穩(wěn)定性。而這種情況需要在風(fēng)力較小的地區(qū)使用。

3.2 模糊控制

模糊控制技術(shù)屬于一種具有非常智能化的控制技術(shù)，通常是利用一些計算機軟件對我們的思維方式進行模擬，并且借助這些相關(guān)經(jīng)驗進行處理，具體的情況我們能夠根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)力的變化，對其做出一些具體的反應(yīng)。通過所獲得的這些控制數(shù)據(jù)，在實際的發(fā)電過程中能夠保證雙饋發(fā)電系統(tǒng)的順利運轉(zhuǎn)。因此，該類控制技術(shù)運用狀況在風(fēng)力較大區(qū)域適用。

3.3 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制的最為關(guān)鍵技術(shù)是通過輸入轉(zhuǎn)矩的數(shù)值進行調(diào)控。通過我們對發(fā)電機的運轉(zhuǎn)情況進行調(diào)控。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們在一些簡單的建模與復(fù)雜的運算上能夠?qū)⒕唧w的參數(shù)進行直接計算，這樣對輸出的電能穩(wěn)定性與參數(shù)的具體控制有著非洲重要的作用。

3.4 變速恒頻控制

由于風(fēng)力發(fā)電受到外界因素的影響，其風(fēng)速具有非?？斓臅r變形值，所以具有一定的運用難度。為了能夠更好的提升風(fēng)機發(fā)電的效率，實現(xiàn)對風(fēng)能的更好利用，我們必須要加強對風(fēng)機的變速恒頻控制。通過對上網(wǎng)電壓的變化量要求，我們主要針對發(fā)電機輸電的電壓進行有效控制。而雙饋式的發(fā)電機主要通過對于勵磁相位的控制來進行電流頻率的調(diào)節(jié)，只有將勵磁控制器進行有效控制，才能真正的滿足變速恒頻控制。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，目前雙饋式風(fēng)力發(fā)電機已經(jīng)能夠為我國的供電網(wǎng)絡(luò)高效、可靠的穩(wěn)定輸送電力。并且隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)電技術(shù)的制造工藝與控制技術(shù)也在不斷的得到完善。對于我們的研究人員來說，還是需要我們進行更高一步的提升，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中雙饋式發(fā)電機由于其自身的各種優(yōu)勢必然會受到建設(shè)者的青睞，從而使我國的生產(chǎn)發(fā)展得到源源不竭的電力能源。

[1] 黃輝.雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器并網(wǎng)適應(yīng)性控制研究[D].西南交通大學(xué),2016.

[2] 念麗波.10kW模擬變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制研究[D].昆明理工大學(xué),2016.

[3] 陳璐.雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率控制研究[D].華南理工大學(xué),2016.

[4] 邱時嚴.雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障穿越的控制策略研究[D].湖南大學(xué),2016.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.184