风电系统中双馈发电机组的控制

吕东明

摘 要：随着现代科技的不断更新，风力发电技术也取得了飞速发展。本文介绍风力发电机组控制方法的发展历程，详细阐述几种控制策略，进而对风力发电控制技术进行了展望。

关键词：风电系统；双馈发电机组；控制

1 前言

随着不可再生资源的日益减少，人们加大了对可再生资源的开发和利用。风能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生资源受到人们的青睐，世界各国也加大了对风力发电系统的开发和利用。近年来，随着电子技术以及风力控制技术的不断发展，风力发电技术也取得了前所未有的进步。但由于風能具有不确定性、不易控制等特性，导致风力发电机组的电压、电功率均不稳定，因此，必须采取措施调整和控制电能品质。

对风力发电机组而言，控制技术是其核心技术，通过对风力发电的控制，可以保证整个发电机组的安全高效运行。加大对控制技术的研究，可以有效提高我国大型风力发电机组的自主开发能力，有效降低风力发电机组成本，提高其国产化。

2 风电机组控制方法发展历程

2.1 传统控制方法

要想最大限度地获得风能，就要通过调节风力机桨矩角或发电机的电磁力来调节风速的变化，从而使叶尖比保持最佳值。传统的风电机组控制方法是通过线性化模型来跟踪记录叶尖速比，通过测量风速或电功率来对控制方案进行反馈，为了保证风力机叶处风速测量的精确性，可以采用电功率对控制方案进行反馈。

2.2 现代控制方法

（1）滑动模控制。在风速扰动和机械不确定的情况下，采用滑动模控制不仅可以实现对电气参数的无差跟踪，而且能够最大限度地获得风能。又因滑动模控制系统设计简单、易于实现，因此被越来越多地应用到实际操作中。但其也存在一定的缺陷，在进行滑动模控制时存在切换抖动，在一定程度上会冲击风力机械设备。

（2）H ∞控制。对于参数不确定、有建模误差和干扰位置系统的控制，可以采用H鲁棒控制进行解决。H鲁棒控制能有效对非线性空气特性、变桨距控制机构和柔性传动链动态的风电系统进行有效处理，进而在建模不确定的条件下，最大限度地获得风能。

3 几种控制策略

3.1 双馈风力发电机的工作原理

在变速恒频风力发电系统中用到的主流机型就是双馈异步风力发电机（见图1），该发电机具有双馈性、控制灵活、双重性以及变速恒频等特点。

其工作原理是，当双馈发电机稳定运行的时候，定子和转子旋转磁场会在空间上保持相对静止。当定子旋转磁场与转子旋转磁场的转速相同时，相对于转子而言，转子旋转磁场会以转差角频率旋转。当转子旋转磁场的转速低于两者的同步转速时，转子旋转磁场与转子的转向一致；而当转子旋转磁场的转速高于两者的同步转速时，转子旋转磁场与转子的转向相反。双馈发电机转子接变频器的双馈调节，就是要在转子回路的基础上串入附加电势，通过对相位、相序和附加电势大小的调节来实现。

3.2 自适应模糊控制

在风速较低时，湍流、塔架振颤明显弯曲，雷诺数的不稳定性都会导致功率存在误差，此时，Pg和电机的转速也不能呈现立方关系，导致发电机的效率明显下降，不能得到准确有效的数据模型。而模糊自适应控制模型（见图2）可以有效地解决这一问题。

当被控制对象的结构发生变化时，参数会发生偏离，此时，测得的输出功率和参考的输出功率均存在不同程度的误差，被控制的对象可以用下式来表示：

X（n）=f（x，x（1），…，x（n-1））+bu

Y=x （1）

式中，f表示未知函数，b表示未知的正常数。通过设计模糊系统，合理调整反馈控制器和参数向量θ的适应率，进而对发电机转速和桨矩角进行调节，直到误差趋于零。可以采用If-then结构来构造模糊系统：

4 未来趋势——智能化控制

随着现代信息技术的不断发展，智能化控制已被越来越多地运用到风力发电系统中。为了有效控制风力发电系统中的非线性因素与参数时变，可以采用模式识别、神经网络、模糊控制等智能方法。通过这些智能控制的方法，可以对系统参数进行优化设计，使系统达到最优效果。

5 结论

在风力发电系统中，双馈风力发电机受到越来越多的青睐。本文主要介绍了双馈风力发电机的几种控制策略，通过对其研究，有利于发电机组的技术改造，同时大力推动了我国风力发电机组的自主开发。

参考文献

[1]陈家伟，陈杰，陈冉，等.变速风力发电机组自适应模糊控制技术[J].中国电机工程学报，2011，31（21）：93-101.

[2]杨伟欢，叶安丽，马鸿雁.模糊控制在风力发电机组偏航控制系统中的应用[J].北京建筑工程学院学报，2011，27（3）：44-48.