風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的自動(dòng)控制方法研究

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的自動(dòng)控制方法研究

Summary：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,電力資源的需求也逐漸增大,在目前的發(fā)電領(lǐng)域中,風(fēng)力發(fā)電組為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域提供了豐富的電能資源。在風(fēng)力發(fā)電組之中,變流器是其中最關(guān)鍵的核心組件。在具體的應(yīng)用過(guò)程滿足了當(dāng)前數(shù)字化和自動(dòng)化的需求,避免了故障現(xiàn)象的發(fā)生。本文立足于實(shí)際,結(jié)合當(dāng)前業(yè)內(nèi)的技術(shù)研究特點(diǎn),對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的自動(dòng)控制方法進(jìn)行了探討與分析。Keys：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；變流器；自動(dòng)控制；自動(dòng)化在生態(tài)環(huán)境污染日益嚴(yán)重的背景下，新能源發(fā)電受到了越來(lái)越多的重視，風(fēng)力發(fā)電是其中的主要類型之一。作為一種新型能源，風(fēng)能具有可再生、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電也成為我國(guó)繼火電和水電之后的第三大能源。在這樣的發(fā)展背景下,風(fēng)力發(fā)電應(yīng)運(yùn)而生,有效地改善了當(dāng)前社會(huì)的能源結(jié)構(gòu),為人們的生產(chǎn)生活提供了有力的能源支持。但是在具體的運(yùn)行過(guò)程中,由于人們對(duì)于電力資源需求量的增大,電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)存在著運(yùn)輸不平衡的現(xiàn)象[1]。因此,對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能方面有著更高的要求,在傳統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中,變流器的控制方法已經(jīng)不能夠適應(yīng)當(dāng)前工作的特點(diǎn)。變流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件之一，其運(yùn)行對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行有著顯著的影響。變流器的結(jié)構(gòu)和散熱設(shè)計(jì)是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此,我們必須研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的自動(dòng)控制方法,從而使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行更加可靠。一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器簡(jiǎn)述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器多見于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，其主要功能是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)控制勵(lì)磁幅值、相位以及頻率的方式使定子側(cè)能夠向電網(wǎng)輸入恒頻電，它可以根據(jù)需要進(jìn)行有功和無(wú)功的獨(dú)立解耦控制。通過(guò)變流器的應(yīng)用可以是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)軟并網(wǎng)，確保并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流不會(huì)對(duì)電機(jī)以及電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。以現(xiàn)今的技術(shù)發(fā)展水平，變流器通常具備多種通信接口，用戶可以通過(guò)這些接口將變流器和系統(tǒng)控制器以及風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，建構(gòu)集成控制體系[2]。除此之外，變流器配電系統(tǒng)還提供雷擊、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫保護(hù)以及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。變流器屬于整流逆變裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、諧波含量少等優(yōu)勢(shì)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子側(cè)，變流器可以實(shí)現(xiàn)定子磁場(chǎng)的定向矢量控制，電網(wǎng)側(cè)的變流器則可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓定向矢量控制。二、變流器傳統(tǒng)控制方法與新控制方法分析1.傳統(tǒng)控制方法變流器在我國(guó)的發(fā)電行業(yè)中應(yīng)用十分悠久,傳統(tǒng)的變流器同樣也為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支持。在傳統(tǒng)的實(shí)踐工作中,“背靠背”式的變流器操作起來(lái)方便快捷,但是從設(shè)計(jì)原理上來(lái)看,這種變流器采用的是繞線型的感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的饋電方式。在工作的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的有效控制,在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中。如果我們將變流器應(yīng)用在轉(zhuǎn)子的一側(cè)時(shí),就可以實(shí)現(xiàn)雙倍頻率電流的控制。從整體上來(lái)說(shuō),這種控制方法對(duì)于變流器的控制要求非常高,同時(shí),在具體的應(yīng)用過(guò)程中,無(wú)法同時(shí)消除功率脈動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。此外,在應(yīng)用的過(guò)程中,如果我們將變流器應(yīng)用于電網(wǎng)的一側(cè)。雖然實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч?也同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率脈沖以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制。但是在具體操作中,變流器與變流器之間也會(huì)產(chǎn)生相互作用,兩者之間的相互作用會(huì)對(duì)變流器的正常工作產(chǎn)生極大的影響。因此在控制工作中,需要對(duì)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)以及有功功率的脈動(dòng)進(jìn)行消除,從而保證電網(wǎng)功率的平衡[3]。2.新控制方法分析在電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中,電網(wǎng)中極易出現(xiàn)三相電壓不平衡的情況,如果出現(xiàn)這種情況我們就需要對(duì)電壓、電流的正序分量以及負(fù)序分量進(jìn)行整體性、綜合化的考慮,從而對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行良好的把握。在具體的實(shí)踐過(guò)程中,我們可以采用電壓定向控制的方式來(lái)進(jìn)行控制,從而使得發(fā)電機(jī)組處于良好的運(yùn)行狀態(tài)之中。具體的控制思路為：首先需對(duì)電網(wǎng)側(cè)的變流器電流與轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器電流的正序分量以及負(fù)序分量進(jìn)行測(cè)量與控制,將其調(diào)整至正常的工作狀態(tài)之中,從而有效地提升雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效果。在實(shí)踐中,如果我們僅僅只是對(duì)變流器的負(fù)序電流進(jìn)行控制,那么對(duì)其波動(dòng)問(wèn)題的控制將會(huì)十分不明顯。從物理學(xué)的角度來(lái)看,負(fù)序定子電壓的分量與正序轉(zhuǎn)子電流的分量能夠在很大程度上對(duì)變流器的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行消解,如果電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)比較小,那么所需要的負(fù)序電流也會(huì)逐漸地降低,我們就可以依照這樣的規(guī)律來(lái)對(duì)定子的轉(zhuǎn)矩、無(wú)功功率、有功功率進(jìn)行可靠的估計(jì),從而實(shí)現(xiàn)良好的控制效果。三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的自動(dòng)控制應(yīng)用1.消除有功功率的脈動(dòng)通過(guò)上文的原理分析,我們可以看出,如果變流器靠近于電網(wǎng)的一側(cè),那么在負(fù)序電流的影響下,電網(wǎng)電壓波動(dòng)以及有功功率的脈動(dòng)是主要的影響結(jié)果。在操作的過(guò)程中,有功功率脈動(dòng)主要是由雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出的,我們?cè)谙倪^(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量使其處于最小值[4]。除此之外,為了使得電網(wǎng)的運(yùn)行效果更加穩(wěn)定,那么我們需要對(duì)于電網(wǎng)的電壓波動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行解決,進(jìn)行有效地補(bǔ)償工作。位于電網(wǎng)一側(cè)的定子和變流器,也是目前雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的主要構(gòu)成部分,在具體的操作過(guò)程中可以使得兩者之間相互抵消,從而對(duì)兩個(gè)部分的有功功率脈動(dòng)進(jìn)行消除。2.補(bǔ)償電網(wǎng)電壓不平衡在電網(wǎng)調(diào)節(jié)的過(guò)程中,對(duì)于電網(wǎng)中正序電壓的調(diào)節(jié),我們可以借助正序無(wú)功電流進(jìn)行調(diào)整,所以,在負(fù)序電壓的調(diào)節(jié)過(guò)程中,我們同樣也可以采用相應(yīng)的負(fù)序電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。據(jù)此方法可以構(gòu)建出電網(wǎng)一側(cè)的負(fù)序部分的等效電路圖,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電網(wǎng)不平衡情況的補(bǔ)償。在傳統(tǒng)的控制方法中,不能夠?qū)﹄妷翰黄胶獾膯?wèn)題加以解決,線路中的脈動(dòng)普遍地存在于輸出有功功率、直流母線電壓以及轉(zhuǎn)矩之中,如果我們采用補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行,那么直流母線電壓、輸出有功功率以及轉(zhuǎn)矩等方面的問(wèn)題將會(huì)得到有效地解決。而處于電網(wǎng)一側(cè)的電壓不平衡以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的問(wèn)題是可以通過(guò)這種補(bǔ)償作用而得到有效地控制的[5]。從目前的應(yīng)用情況來(lái)看,線路中電壓不平衡的情況會(huì)隨著線路輸電距離的增長(zhǎng)而變動(dòng)更加嚴(yán)重,使得整個(gè)線路中電流的波動(dòng)進(jìn)一步增大。而上述這種補(bǔ)償作用則可以進(jìn)一步地穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)輸,同時(shí)也擺脫了遠(yuǎn)距離輸電的限制,從目前的應(yīng)用效果來(lái)看,該方法可以將矩陣和輸出的脈動(dòng)控制在上下3%左右,其效果十分顯著,控制效果良好。結(jié)束語(yǔ)：隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步,各行各業(yè)的發(fā)展越來(lái)越離不開電力資源的支持。因此,人們對(duì)于電力發(fā)電的穩(wěn)定性提出了更高的要求,同時(shí)也對(duì)變流器的穩(wěn)定運(yùn)行提出了要求。在目前的自動(dòng)化控制措施中,其控制過(guò)程考慮了正序分量與負(fù)序分量的特點(diǎn),在具體的操作中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及功率脈動(dòng)的有效控制,這樣可以有效地解決當(dāng)前變流器運(yùn)行過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題,也進(jìn)一步地提升了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。在以后的工作過(guò)程中,變流器的自動(dòng)化控制還有許多可以改進(jìn)的部分,需要我們結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),以提升發(fā)電的效率Reference：[1]左光群,周正.淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的自動(dòng)控制方法[J].電子世界,2020(11)：166-167.[2]徐超林.波形分析在風(fēng)電機(jī)組變流器故障處理中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息,2019(21)：14-15.[3]王耀函,張揚(yáng)帆,宋鵬,等.基于工作點(diǎn)在線計(jì)算的雙饋機(jī)組網(wǎng)側(cè)變流器高電壓穿越控制[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),