風力發電機組變流器的自動控制方法研究

Summary：隨著我國科學技術水平的不斷發展,電力資源的需求也逐漸增大,在目前的發電領域中,風力發電組為我國社會生產的各個領域提供了豐富的電能資源。在風力發電組之中,變流器是其中最關鍵的核心組件。在具體的應用過程滿足了當前數字化和自動化的需求,避免了故障現象的發生。本文立足于實際,結合當前業內的技術研究特點,對風力發電機組變流器的自動控制方法進行了探討與分析。Keys：風力發電機組；變流器；自動控制；自動化在生態環境污染日益嚴重的背景下，新能源發電受到了越來越多的重視，風力發電是其中的主要類型之一。作為一種新型能源，風能具有可再生、無污染等優點，風力發電也成為我國繼火電和水電之后的第三大能源。在這樣的發展背景下,風力發電應運而生,有效地改善了當前社會的能源結構,為人們的生產生活提供了有力的能源支持。但是在具體的運行過程中,由于人們對于電力資源需求量的增大,電網在運行的過程中會存在著運輸不平衡的現象[1]。因此,對于風力發電機的性能方面有著更高的要求,在傳統的運行過程中,變流器的控制方法已經不能夠適應當前工作的特點。變流器是風力發電系統中的核心部件之一，其運行對整個風力發電機組的運行有著顯著的影響。變流器的結構和散熱設計是風力發電的關鍵技術之一。因此,我們必須研究風力發電機組變流器的自動控制方法,從而使得風力發電機的運行更加可靠。一、風力發電機組變流器簡述風力發電機組變流器多見于雙饋風力發電機中，其主要功能是在發電機轉子的轉速發生變化時，通過控制勵磁幅值、相位以及頻率的方式使定子側能夠向電網輸入恒頻電，它可以根據需要進行有功和無功的獨立解耦控制。通過變流器的應用可以是雙饋風力發電機組能夠實現軟并網，確保并網時產生的沖擊電流不會對電機以及電網產生負面影響。以現今的技術發展水平，變流器通常具備多種通信接口，用戶可以通過這些接口將變流器和系統控制器以及風力發電場的遠程監控系統進行連接，建構集成控制體系[2]。除此之外，變流器配電系統還提供雷擊、過流、過壓、過溫保護以及運行狀態實時監控等功能。變流器屬于整流逆變裝置，具有結構簡單、諧波含量少等優勢，在風力發電機組的轉子側，變流器可以實現定子磁場的定向矢量控制，電網側的變流器則可以實現電網電壓定向矢量控制。二、變流器傳統控制方法與新控制方法分析1.傳統控制方法變流器在我國的發電行業中應用十分悠久,傳統的變流器同樣也為我國經濟社會的發展提供了強大的支持。在傳統的實踐工作中,“背靠背”式的變流器操作起來方便快捷,但是從設計原理上來看,這種變流器采用的是繞線型的感應發電機轉子繞組的饋電方式。在工作的過程中可以實現對轉矩脈動的有效控制,在長期的實踐過程中。如果我們將變流器應用在轉子的一側時,就可以實現雙倍頻率電流的控制。從整體上來說,這種控制方法對于變流器的控制要求非常高,同時,在具體的應用過程中,無法同時消除功率脈動和轉矩。此外,在應用的過程中,如果我們將變流器應用于電網的一側。雖然實現了靜態無功補償的效果,也同時可以實現對功率脈沖以及轉矩脈動的控制。但是在具體操作中,變流器與變流器之間也會產生相互作用,兩者之間的相互作用會對變流器的正常工作產生極大的影響。因此在控制工作中,需要對轉矩的脈動以及有功功率的脈動進行消除,從而保證電網功率的平衡[3]。2.新控制方法分析在電網的運行過程中,電網中極易出現三相電壓不平衡的情況,如果出現這種情況我們就需要對電壓、電流的正序分量以及負序分量進行整體性、綜合化的考慮,從而對發電機的運行狀態進行良好的把握。在具體的實踐過程中,我們可以采用電壓定向控制的方式來進行控制,從而使得發電機組處于良好的運行狀態之中。具體的控制思路為：首先需對電網側的變流器電流與轉子側的變流器電流的正序分量以及負序分量進行測量與控制,將其調整至正常的工作狀態之中,從而有效地提升雙饋式風力發電機的運行效果。在實踐中,如果我們僅僅只是對變流器的負序電流進行控制,那么對其波動問題的控制將會十分不明顯。從物理學的角度來看,負序定子電壓的分量與正序轉子電流的分量能夠在很大程度上對變流器的轉矩脈動進行消解,如果電網中的電壓波動比較小,那么所需要的負序電流也會逐漸地降低,我們就可以依照這樣的規律來對定子的轉矩、無功功率、有功功率進行可靠的估計,從而實現良好的控制效果。三、風力發電機組變流器的自動控制應用1.消除有功功率的脈動通過上文的原理分析,我們可以看出,如果變流器靠近于電網的一側,那么在負序電流的影響下,電網電壓波動以及有功功率的脈動是主要的影響結果。在操作的過程中,有功功率脈動主要是由雙饋式風力發電系統輸出的,我們在消除的過程中應當盡量使其處于最小值[4]。除此之外,為了使得電網的運行效果更加穩定,那么我們需要對于電網的電壓波動問題進行解決,進行有效地補償工作。位于電網一側的定子和變流器,也是目前雙饋式風力發電系統輸出有功功率的主要構成部分,在具體的操作過程中可以使得兩者之間相互抵消,從而對兩個部分的有功功率脈動進行消除。2.補償電網電壓不平衡在電網調節的過程中,對于電網中正序電壓的調節,我們可以借助正序無功電流進行調整,所以,在負序電壓的調節過程中,我們同樣也可以采用相應的負序電流進行調節。據此方法可以構建出電網一側的負序部分的等效電路圖,從而實現對電網電網不平衡情況的補償。在傳統的控制方法中,不能夠對電壓不平衡的問題加以解決,線路中的脈動普遍地存在于輸出有功功率、直流母線電壓以及轉矩之中,如果我們采用補償的方式進行,那么直流母線電壓、輸出有功功率以及轉矩等方面的問題將會得到有效地解決。而處于電網一側的電壓不平衡以及轉矩脈動的問題是可以通過這種補償作用而得到有效地控制的[5]。從目前的應用情況來看,線路中電壓不平衡的情況會隨著線路輸電距離的增長而變動更加嚴重,使得整個線路中電流的波動進一步增大。而上述這種補償作用則可以進一步地穩定電網運輸,同時也擺脫了遠距離輸電的限制,從目前的應用效果來看,該方法可以將矩陣和輸出的脈動控制在上下3%左右,其效果十分顯著,控制效果良好。結束語：隨著我國社會的發展以及經濟的進步,各行各業的發展越來越離不開電力資源的支持。因此,人們對于電力發電的穩定性提出了更高的要求,同時也對變流器的穩定運行提出了要求。在目前的自動化控制措施中,其控制過程考慮了正序分量與負序分量的特點,在具體的操作中能夠實現對發電機轉矩以及功率脈動的有效控制,這樣可以有效地解決當前變流器運行過程中的不穩定問題,也進一步地提升了風機系統的運行性能。在以后的工作過程中,變流器的自動化控制還有許多可以改進的部分,需要我們結合當前先進的技術進行改進,以提升發電的效率Reference：[1]左光群,周正.淺談風力發電機組變流器的自動控制方法[J].電子世界,2020(11)：166-167.[2]徐超林.波形分析在風電機組變流器故障處理中的應用[J].機電信息,2019(21)：14-15.[3]王耀函,張揚帆,宋鵬,等.基于工作點在線計算的雙饋機組網側變流器高電壓穿越控制[J].電力系統及其自動化學報,