变速恒频风力发电系统应用技术研究
变速恒频风力发电系统应用技术研究
摘要：随着社会的不断发展，对于电能需求量是越来越更多，为了更好的满足人们对于电能需求，加大了对风力发电开发。风力发电具有无污染和使用周期长的特点，可以更好的对环境进行保护。在风力发电中，电力发电机组安全运行在不断扩大，对于电能使用容量也是越来越大，通过变速恒频风力发电技术应用，可以更好的保证风力发电系统安全稳定运行，从而更好的促进我国风力发电的发展。
关键词：风力发电；变速恒频；关键技术
随着科技不断进步，工业生产规模的不断扩大，人类面临的能源枯竭问题日益严重，尤其是不可再生能源，如石油、煤炭、天然气等存储量逐渐减少所导致的电力资源紧张和普通能源对环境污染影响巨大等原因。清洁、高效、绿色环保的可再生能源开发就显得格外重要，如：太阳能、风能等，已被世界各国高度重视，重点开发。其中，风能是当前最具有大规模开发可能性和发展利用前景的可再生能源。风能主要的开发利用形式是风力发电，由于其优势明显，利用其发电将会对电力结构的调整以及环境保护产生明显的效果，缓解能源危机。
1变速恒频风力发电关键技术工作原理
在风力发电中，风力发电机主要有三个部分组成，分别是风力机、发电机、辅助构件。在风力发电中，发电的基本工作原理是能带动风扇进行转动，然后通过转动产生机械能。在运行过程中，风扇的转动会带动齿轮箱进行工作，然后通过齿轮箱工作产生的机械能转化为电能，然后传输到电网系统中去，满足人们对电能需求。在风力发电系统中，风力机是重要组成部分，可以很好的风能转化为机械转矩，让人们用上风能所产生的电。在风力风电发展中，过去的定桨矩的发电方法已经不能很好的适应发展需要，不能很好的风量进行调整工作方式。
2变速恒频风力发电技术发展的重要性
在风力发电中，风力发电机组要对风力发电的布局进行承担，承担着风力发电机组容量增大负荷，所以风力发电机组系统在风力发电中具有重要作用。在风力发电系统中，机组容量在不断增加，风力发电机组配置中存在一些问题，所以对于风力发电机组设计优化具有重要意义，通过风力发电机组优化，可以提高风力发电机组性能，保证风力发电系统正常运行。在风力发电中，通过变速恒频风力发电技术应用，可以保证风力发电机组安全稳定运行，对风力发电中转动系统具有重要作用。
3变速恒频风力发电控制技术
3.1交流转直流再转交流式发电系统
该风力发电系统中，发电机和电网之间经过变频器与变压器处理转换后，在此运行过程中发电机的转速也会根据风速的变化而随之发生变化，产生的交流电经过整流器，将交流电经过处理后变为直流电，然后逆变器再次将直流电转换成固定频率的交流电，最后将产生的电能传输到电网。该系统选用的电动机比较常见的为鼠笼式异步发电机。
3.2交流励磁式变速恒频发电系统
该系统结构主要由3部分构成：控制电路、双向变换器和双馈感应发电机。其工作原理是将发电机的定子并到电网上，进而转子经过励磁变换器和进线电抗器连接到电网；再利用风能转化为机械能来驱动机械旋转，所生产的机械能可以转换到发动机的转子上，以此来驱动发动机的转子，最终将机械能转换为电能，利用定子绕组将电力传送到电网，完成发电过程。发电机转速随风速改变而改变。如果是由于风速引起的变化，则可通过调节转子进而达到对电流频率的改变，最终实现保持定子频率不发生改变。满足以下关系式：
f1=pnfm+f2
其中，电网频率是f1；转子机械频率是fm；其中，fm=nm/60表达式表示发电机的机械转速；pn代表发电机的极对数；f2代表转子电流频率。如果发电机的转速nm产生变化时，即是pn*fm值改变时，如果调整f2值，则可以达到f1保持不变的效果，进而达到变速恒频控制。
3.3变速恒频风力发电关键技术的优点
在风力发电发展中，通过变速恒频风力发电技术，可以让发电系统以最大功率进行运行，会在很大程度上提升发电量，而且通过变速恒频风力发电技术应用，可以保持系统最大功率运行，在运行效率上会有明显提升。另外通过变速恒频风力发电技术应用，可以延长风力机的使用寿命，减少损坏发生几率。随着风力发电的不断发展，风力发电的效率在不断提升，运行成本也在不断进行降低。通过变速恒频风力发电技术应用，可以有效的降低噪音，提升电能质量，实现了计算机自动化管理，可以更好的提升工作效率，促进了风力发电的发展。
4技术发展趋势及展望
为进一步提高风力发电效率，不断降低成本，进一步改善电能质量，减少噪声，最终达到稳定可靠运行的效果，风力发电会逐步向大容量、变转速、直驱化、无刷化、智能化以及微风发电等方向发展，主要包括以下几方面：1）风力发电机逐步大型化。这样可以减少占地面积，实现并网成本费用降低，能够提高风能的利用效率。2）采用变桨距和变速恒频技术。变桨距和变速恒频技术能够为大型风力发电机控制提供相关技术保障，且能够减小风力发电机的体积、重量和成本，进而提高发电量，使风能利用率提高及电能质量改善。3）实现风力发电机直接驱动。直接驱动能够代替齿轮箱，可减少能量损失、降低发电成本和减小噪声，进而提高效率和可靠性。4）实现对风力发电机进行无刷化。选用无刷化，不仅可提高系统的运行可靠性，还能够达到免维护和提高发电效率的效果。5）实现智能化控制。通过采用先进的模糊控制、神经网络、模式识别等智能控制方法，能够有效克服风力发电系统的参数时变与非线性因素。6）实现磁力传动技术和磁悬浮技术，使电机能够“轻风起动，微风发电”。
5结语
随着社会的不断发展，对于电能需求量是越来越更多，为了更好地满足人们对于电能需求，加大了对风力发电开发。在风力发电中，通过变速恒频技术应用，可以实现计算机自动化控制，能够根据风速变化来进行调节。从而更好的保证风力发电系统安全稳定运行。
参考文献
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基于Boost变换器的变速风力机MPPT系统的研究
微电机
基于Ｂｏｏｓｔ变换器的变速风力机ＭＰＰＴ系统的研究
曾凡超，张兴，朱波，黎
（合ｔＥ－Ｅ业大学电气与自动化工程学院，合肥 芹
摘要：该文针对风力发电系统提出了一种新的ＭＰＰＴ策略——基于Ｂｏｏｓｔ变换器来实现直驱式永磁同步风力发电 系统（ＰＭＳＧ）的最大功率跟踪。文中详细分析了风力机功率曲线与Ｂｏｏｓｔ变换器占空比之间的关系，提出了占空比 控制的ＭＰＰＴ控制方法。理论分析及其仿真结果表明该方法的正确性与有效性。 关键词：风力发电机；ＭＰＰＴ；Ｂｏｏｓｔ变换器；占空比 中图分类号：ＴＭ３１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—６８４８（２０１０）１０—００３６—０４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ ＭＰＰＴ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｂｏｏｓｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
ＺＥＮＧ Ｆａｎ－ｃｈａｏ，ＺＨＡＮＧ ｘｉｎｇ，ＺＨＵ ｂｏ，ＬＩ Ｑｉｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｔｉｌｉｚｅ ｗｉｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｍａｘｉｍｕｍｌｙ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｈａｓ ａｌｒｅａｄｙ ｂｅｅｎ ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈｏｔｓｐｏｔ．Ａ ｎｏｖｅｌ ＭＰＰＴ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｎ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｒｉｖｅｎ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＰＭＳＧ）．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏｗｅｒ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｎｄ ｄｕｔｙ－ｃｙｃｌｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｕｔｙ－ｃｙ— ｃｌｅ ＭＰＰＴ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ；Ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ；Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ｄｕｔｙ—ｃｙｃｌｅ
变速恒频双馈风力发电机的功率控制
第２６卷第３期 ＶｏＪ．２６ ＮＯ．３ 湖 北 工 业 大 学 学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１１年０６月 Ｊｕｎ．２０１１
［文章编号］１００３—４６８４（２０１１）０３—００８０—０３
变速恒频双馈风力发电机的功率控制
王粟，雷秋菊
（湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉４３００６８）
［摘 要］针对双馈风力发电系统中功率控制的时变性、随机性、复杂性以及非线性的特点，提出了一种基于模糊神 经网络的功率解耦控制方法．该控制方法不依赖电机参数和精确的数学模型，能够实现双馈风力发电机有功、无功 功率的解耦控制，具有控制简单、灵活、方便、有效的特点，系统鲁棒性强，适用于双馈风力发电机的功率控制． ［关键词］双馈风力发电机；变速恒频；模糊；神经网络；功率控制 ［中图分类号］ＴＭ３１５ ［文献标识码］：Ａ
现代的电力系统不仅消耗有功功率，还要消耗
一定的无功功率［１］．双馈风力发电系统中，能否对风
力发电机的有功功率和无功功率进行有效的控制是 影响其在变速恒频风力发电中应用的关键．在双馈
风力发电系统中，由于能突破对风力发电机转速的 限制，变速恒频发电系统比恒速恒频发电系统更能
最大限度的捕获风能以提高功率因数、风力发电效 率以及对电网进行有效的无功补偿，从而成为目前
风力发电的主要研究方向．
在现代的变速恒频风力发电机中，新安装的双 馈风力发电机占有比较大的分量．目前该双馈风力
发电机一般采用定子磁场定向矢量控制的功率解耦 控制策略．双馈风力发电系统由于风能所具有的随
机性、时变性、复杂性特点以及无法精确建模的动态 部分，成为一个多变量、复杂的非线性系统．采用传
统的定子磁场定向矢量控制方法，性能指标很难令 人满意．本文提出了一种具备较强抗干扰性能的有
功、无功功率解耦控制策略，即将定子磁场定向矢量 控制与模糊神经网络结合起来．通过理论分析和准
DSP在风力发电空载并网技术上的应用
２０１１年第８期
中图分类号：ＴＰ３９１．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２５５２ｆ２０１１）０８—０１９８—０３
ＤＳＰ在风力发电空载并网技术上的应用
李 明，程耕国，肖 琴，李兰兰
（武汉科技大学信息科学与工程学院，武汉４３００８１）
摘要：针对风力发电机组直接并网和降压并网都会在并网瞬间产生很大的冲击电流。根据变
速恒频双馈发电机组的运行特点，通过对其数学模型分析，建立了双馈异步发电机的空载数学 模型，研究了基于电网电压定向的空载并网控制的策略，避免了由于定子磁链检测不准确造成
的电网冲击。采用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２实现了变速恒频双馈风力发电机组空载并网控制系统，给出了 硬件和软件设计方案。实验表明系统动态性能强，稳定性好。该控制策略可以实现大容量风电
机组的无冲击软并网，是一种理想的风电机组并网方式。
关键词：风力发电；变速恒频；空载并网；ＤＳＰ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＤＳＰ ｏｎ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｎｏ－ｌｏａｄ ｇｒｉｄ
ＬＩ Ｍｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｇｅｎｇ—ｇｕｏ，ＸＩＡＯ Ｑｉｎ，ＬＩ Ｌａｎ—ｌａｎ
（ＣｏＲｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ＷＴＧ ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｐ・ｄｏｗｎ ｇｒｉｄ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｖｅｒｙ ｂｉｇ ｉｍｐａｃｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
ｏｆ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｙ—ｆｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｔｓ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｄｏｕｂｌｙ—ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ
探讨风力发电控制技术
探讨风力发电控制技术
摘要:为适应我国风力发电市场的快速发展,亟待探索和研究各种风力发电的新技术。本文简要探讨了几种风力发电控制技术。
关键词:风力发电 变桨距风力发电技术 主动失速/混合失速发电技术
随着社会的不断发展,世界能源结构也在逐步变化,即由“矿物能源系统”转变为“以可再生能源为基础的可持续能源系统”。可再生能源是在自然界可以循环再生的资源,如太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等都是其中的典型代表,其是与人类共存的能源,可谓取之不尽、用之不竭。风能是可再生资源中应用较为广泛的一种,目前其主要应用于发电。实际上风能的使用历史比较悠久,一开始人们主要将其用于抽水,磨面等,随着社会的不断进步和发展,其主要被用于发电。研究发现,风力发电发展前景广阔,其发电成本与常规电力基本接近,因此其逐渐受到世界各国的重视,对于其研究也逐渐深入。根据相关调查显示,全世界的风能总量约1300亿千瓦,中国的风能总量约16亿千瓦,因此我们应不断加强风力发电技术的探索和实践,以为我国的经济发展提供能源保障。
风能是一种可再生、永不枯竭、无污染且储量巨大的能源,其属于自然能源的范畴,风能的利用相对而言比较简单,其不同于煤、油、然气等,需要先从地下采掘出来再进行二次加工;不同于水能,必须建造坝以推动水轮机运转;也不同于原子能的利用,需耗费大量的成本与技术研发力量。风力发电具有较为稳定的发电成本,对环境污染小,因此其发展前景较为广阔。尤其是对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带,根据当地的实际情况合理利用风力发电,具有重要的现实意义。本文就风力发电控制技术做简要探讨。
由于自然风速的大小和方向的随机变化,风力发电机组切入电网和切出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运动过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。风力发电系统的控制技术从定桨距恒速运行至基于变桨距技术的变速运行,已经基本实现了风力发电机组理想地向电网提供电力的最终目标。功率调节是风力发电机组的关键技术之一,功率调节方式主要包括定桨距失速调节、变桨距调节和主动失速调节三种控制方法。随着风力发电机组由定桨距恒速运行发展到变桨距变速运行后,风力发电机组控制系统可通过风速和风向变化对机组进行并网和脱网及调向控制,同时还可通过变距系统对机组进行转速和功率的控制,以提高机组的运行效率、安全性和可靠性,促进年发电数量和质量的提升。
双馈式风力发电机
双馈式风力发电机
【摘要】随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色
能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电
技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电
机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成
的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。
关键词：风能 风力发电 变速恒频 双馈式发电机
一、 风力发电
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就
是风力发电。
风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的
风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、
西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时 间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上 形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速
度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度
（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是
13〜25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生
的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交
流220V市电，才能保证稳定使用。
风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可
分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只（或更多只）螺旋桨形 的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要 求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料（如碳纤维）来制造。（现在 还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同） 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不
风电接入系统的技术方案研究
风电接入系统的技术方案研究 一、引言
1.1 风电发展的现状与趋势
随着全球能源结构的转型和环保意识的增强，可再生能源的开发
与利用越来越受到人们的关注。风能作为一种清洁、可再生的能源，
在全球范围内得到了广泛的开发和应用。目前，全球风电装机容量逐
年攀升，风能产业已经成为一个蓬勃发展的新兴产业。
在风电技术的发展过程中，风电机组的单机容量不断增大，海上
风电逐渐成为风电发展的新热点。同时，随着电力电子技术和控制技
术的不断进步，风电接入系统的技术水平和性能也在不断提高。
1.2 风电接入系统的重要性与挑战
风电接入系统是将风电机组产生的电能接入到电网中的关键环
节，其性能的好坏直接影响到风能的利用率和电网的稳定运行。随着
风电规模的不断扩大和电网对风电并网要求的不断提高，风电接入系
统面临着诸多挑战。
首先，由于风能的波动性和间歇性，风电接入系统需要具备快速
响应和灵活调节的能力，以保证电网的稳定运行。其次，风电并网时
会产生谐波和电压波动等问题，对电网的电能质量造成影响。此外，
随着海上风电的快速发展，风电接入系统还需要解决长距离输电和海
底电缆等特殊问题。 1.3 论文研究目的与意义
本论文旨在深入研究风电接入系统的技术方案，探讨提高风电接
入系统性能的有效途径。通过对比分析不同技术方案的优缺点，结合
实际应用案例进行实例研究，为未来风电接入系统技术的发展提供理
论支持和实践指导。
本论文的研究意义在于推动风电接入系统技术的创新与发展，提
高风能的利用率和电网的稳定运行水平。同时，通过实例研究为相关
企业和研究机构提供有价值的参考和借鉴，促进风电产业的可持续发
展。
二、风电接入系统概述
2.1 风电接入系统的定义与构成
风电接入系统是指将风电机组产生的电能通过一定的电力电子
装置和控制系统接入到电网中的一套完整的设备与系统。它主要包括
风电机组、并网逆变器、滤波器、保护装置以及相关的控制系统等组
成部分。
风电机组是风电接入系统的核心部分，负责将风能转换为电能。
基于自抗扰解耦的变速恒频风力发电功率控制系统
电气传动 ２００７年 第３７卷 第２期 基于自抗扰解耦的变速恒频风力发电功率控制系统
基于自抗扰解耦的变速恒频风力 发电功率控制系统
张先勇吴捷杨金明 华南理工大学 摘要：建立了基于变换器励磁的双馈感应电机的变速恒频风力发电功率控制系统的模型。将现代控制理 论中的自抗扰控制引入双馈感应发电机有功与无功功率的解耦控制，将有功功率与无功功率的控制作为两 个独立的子系统进行设计。该系统不仅能够跟踪风轮的最佳转矩速度曲线实现最大风能捕获，还能够独立 提供电网无功功率。仿真结果展现了基于自抗扰解耦的变速恒频风力发电功率控制系统的优良特性，验证 了控制策略的有效性。 关键词：双馈感应电机有功功率无功功率 自抗扰控制风力发电系统 Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｕｔｏ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆｏｒ ａ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｚｈａｎｇ Ｘｉａｎｙｏｎｇ Ｗｕ Ｊｉｅ Ｙａｎｇ Ｊｉｎｍｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎ— ｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉＳ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ．Ａ ｎｅｗ ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｕｔｏ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｆｏｌ— ｌｏｗｅｄ，ＳＯ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｃａｐｔｕｒｅ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｉｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ Ｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｕｔｏ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎ— ｔｒｏｌ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
变速恒频无刷双馈风力发电机的功率控制系统
迫机与控制应用２００８，３５（７） 控制与应用技术 ＥＭＣＡ
变速恒频无刷双馈风力发电机的功率控制系统
惠 晶 ， 杨元侃 ， 顾 鑫
（１．江南大学电气自动化研究所，江苏无锡２１ ４１ ２２；
２．无锡宝南机器制造有限公司风能研发部，江苏无锡２１ ４１ １ １）
摘要：在无刷双馈电机（ＢＤＦＭ）的国内外研究及应用现状基础上，分析其工作原理和变速恒频风力发
电系统的实现。根据ＢＤＦＭ在ｄ－ｑ坐标系的动态数学模型，提出变速恒频运行条件下的功率控制策略，设计
出基于ｄ－ｑ坐标系的功率控制系统。应用此控制策略和控制系统，对一个典型ＢＤＦＭ运行在空载条件下的动
态特性进行仿真验证和分析。理论研究与仿真结果证明了本功率控制策略和控制系统用于ＢＤＦＭ风力发电
的可行性及有效性。
关键词：风力发电；无刷双馈电机；变速恒频；功率控制
中图分类号：ＴＭ３０１．２：ＴＭ３０３．４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－６５４０（２００８）０７－００２７－０４
Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ
Ｓｐｅｅｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ Ｄｏｕｂｌｙ・Ｆｅｄ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ
ＨＵ／ｒｉｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｙｕａｎ．ｋａｎ ，ＧＵＸｉｎ ，
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｗｕｘｉ Ｂａｏｎａｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ ２１４１ １ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｎｓｈｌｅｓｓ ｄｏｕｂｌｙ—ｆｅｄ ｍａｃｈｉｎｅ（ＢＤ—
风力发电机组变桨系统分析
1
目 录
摘要： ..................................................... 1
一、变桨系统论述 ........................................... 1
（一）变桨距机构 ....................................... 1
（二）电动变桨距系统 ..................................... 2
1. 机械部分 ......................................... 3
2. 气动制动 .......................................... 4
二、变桨系统 ............................................... 4
（一）变桨系统的作用 ..................................... 4
1. 功率调节作用 ....................................... 4
2. 气动刹车作用 ....................................... 4
（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 ................. 6
三、变桨传感部分 ........................................... 8
（一） 旋转编码器 ........................................ 8
（二） 接近开关.......................................... 9
四、变桨距角的调节......................................... 10
（一）变桨距部分 ........................................ 10
变速恒频双馈风力发电机组的空载并网技术
第１０卷第５期 ２０１１年ｌ０月 江南大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０１．１０ Ｎｏ．５ ０ｃｔ． ２０１１
变速恒频双馈风力发电机组的空载并网技术
张翠， 纪志成
（江南大学智能控制研究所，江苏无锡２１４１２２）
摘要：为了实现大容量风电机组的无冲击软并网，基于电网电压定向矢量控制原理，针对变速恒 频双馈风力发电机组的运行特点，通过选取合适的切换函数，抑制外部扰动引起的电网电压波动，
提出一种基于转子电流参考值的双积分变结构控制策略。该控制方法动态响应快，对电网电压波
动及电机参数变化具有较强的鲁棒性，并可避免基于定子磁链定向矢量控制方法中定子磁链检测
不准确给电网造成的冲击。仿真结果表明，该方法是有效的。 关键词：风力发电；双馈异步发电机；空载并网；电网电压定向；双积分变结构控制 中图分类号：ＴＭ ３４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—７１４７（２０１１）０５—０５２３—０６
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｉｄｌｅ Ｌｏａｄ Ｇｒｉｄ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ
Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｕｂｌｙ Ｆｅｄ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ Ｃｕｉ． 儿Ｚｈｉ—ｃｈｅｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｈｏｃｋｌｅｓｓ ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ—ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ．Ｔｈｉｓ ｉｓ ｄｏｎｅ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ・ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＶＳＣＦ）ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｈａｓ ｑｕｉｃｋｌｙ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｆｏｒ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎａｃｃｕｒａｔｅ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｌｉｎｋａｇｅ ｔｅｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ，ｄｏｕｂｌｙ—ｆｅｄ ｉｎｄ ａｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｎｏ—ｌｏａｄ ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ