风力发电机组变流器的自动控制方法研究

风力发电机组变流器的自动控制方法研究

Summary：随着我国科学技术水平的不断发展,电力资源的需求也逐渐增大,在目前的发电领域中,风力发电组为我国社会生产的各个领域提供了丰富的电能资源。在风力发电组之中,变流器是其中最关键的核心组件。在具体的应用过程满足了当前数字化和自动化的需求,避免了故障现象的发生。本文立足于实际,结合当前业内的技术研究特点,对风力发电机组变流器的自动控制方法进行了探讨与分析。Keys：风力发电机组；变流器；自动控制；自动化在生态环境污染日益严重的背景下，新能源发电受到了越来越多的重视，风力发电是其中的主要类型之一。作为一种新型能源，风能具有可再生、无污染等优点，风力发电也成为我国继火电和水电之后的第三大能源。在这样的发展背景下,风力发电应运而生,有效地改善了当前社会的能源结构,为人们的生产生活提供了有力的能源支持。但是在具体的运行过程中,由于人们对于电力资源需求量的增大,电网在运行的过程中会存在着运输不平衡的现象[1]。因此,对于风力发电机的性能方面有着更高的要求,在传统的运行过程中,变流器的控制方法已经不能够适应当前工作的特点。变流器是风力发电系统中的核心部件之一，其运行对整个风力发电机组的运行有着显著的影响。变流器的结构和散热设计是风力发电的关键技术之一。因此,我们必须研究风力发电机组变流器的自动控制方法,从而使得风力发电机的运行更加可靠。一、风力发电机组变流器简述风力发电机组变流器多见于双馈风力发电机中，其主要功能是在发电机转子的转速发生变化时，通过控制励磁幅值、相位以及频率的方式使定子侧能够向电网输入恒频电，它可以根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。通过变流器的应用可以是双馈风力发电机组能够实现软并网，确保并网时产生的冲击电流不会对电机以及电网产生负面影响。以现今的技术发展水平，变流器通常具备多种通信接口，用户可以通过这些接口将变流器和系统控制器以及风力发电场的远程监控系统进行连接，建构集成控制体系[2]。除此之外，变流器配电系统还提供雷击、过流、过压、过温保护以及运行状态实时监控等功能。变流器属于整流逆变装置，具有结构简单、谐波含量少等优势，在风力发电机组的转子侧，变流器可以实现定子磁场的定向矢量控制，电网侧的变流器则可以实现电网电压定向矢量控制。二、变流器传统控制方法与新控制方法分析1.传统控制方法变流器在我国的发电行业中应用十分悠久,传统的变流器同样也为我国经济社会的发展提供了强大的支持。在传统的实践工作中,“背靠背”式的变流器操作起来方便快捷,但是从设计原理上来看,这种变流器采用的是绕线型的感应发电机转子绕组的馈电方式。在工作的过程中可以实现对转矩脉动的有效控制,在长期的实践过程中。如果我们将变流器应用在转子的一侧时,就可以实现双倍频率电流的控制。从整体上来说,这种控制方法对于变流器的控制要求非常高,同时,在具体的应用过程中,无法同时消除功率脉动和转矩。此外,在应用的过程中,如果我们将变流器应用于电网的一侧。虽然实现了静态无功补偿的效果,也同时可以实现对功率脉冲以及转矩脉动的控制。但是在具体操作中,变流器与变流器之间也会产生相互作用,两者之间的相互作用会对变流器的正常工作产生极大的影响。因此在控制工作中,需要对转矩的脉动以及有功功率的脉动进行消除,从而保证电网功率的平衡[3]。2.新控制方法分析在电网的运行过程中,电网中极易出现三相电压不平衡的情况,如果出现这种情况我们就需要对电压、电流的正序分量以及负序分量进行整体性、综合化的考虑,从而对发电机的运行状态进行良好的把握。在具体的实践过程中,我们可以采用电压定向控制的方式来进行控制,从而使得发电机组处于良好的运行状态之中。具体的控制思路为：首先需对电网侧的变流器电流与转子侧的变流器电流的正序分量以及负序分量进行测量与控制,将其调整至正常的工作状态之中,从而有效地提升双馈式风力发电机的运行效果。在实践中,如果我们仅仅只是对变流器的负序电流进行控制,那么对其波动问题的控制将会十分不明显。从物理学的角度来看,负序定子电压的分量与正序转子电流的分量能够在很大程度上对变流器的转矩脉动进行消解,如果电网中的电压波动比较小,那么所需要的负序电流也会逐渐地降低,我们就可以依照这样的规律来对定子的转矩、无功功率、有功功率进行可靠的估计,从而实现良好的控制效果。三、风力发电机组变流器的自动控制应用1.消除有功功率的脉动通过上文的原理分析,我们可以看出,如果变流器靠近于电网的一侧,那么在负序电流的影响下,电网电压波动以及有功功率的脉动是主要的影响结果。在操作的过程中,有功功率脉动主要是由双馈式风力发电系统输出的,我们在消除的过程中应当尽量使其处于最小值[4]。除此之外,为了使得电网的运行效果更加稳定,那么我们需要对于电网的电压波动问题进行解决,进行有效地补偿工作。位于电网一侧的定子和变流器,也是目前双馈式风力发电系统输出有功功率的主要构成部分,在具体的操作过程中可以使得两者之间相互抵消,从而对两个部分的有功功率脉动进行消除。2.补偿电网电压不平衡在电网调节的过程中,对于电网中正序电压的调节,我们可以借助正序无功电流进行调整,所以,在负序电压的调节过程中,我们同样也可以采用相应的负序电流进行调节。据此方法可以构建出电网一侧的负序部分的等效电路图,从而实现对电网电网不平衡情况的补偿。在传统的控制方法中,不能够对电压不平衡的问题加以解决,线路中的脉动普遍地存在于输出有功功率、直流母线电压以及转矩之中,如果我们采用补偿的方式进行,那么直流母线电压、输出有功功率以及转矩等方面的问题将会得到有效地解决。而处于电网一侧的电压不平衡以及转矩脉动的问题是可以通过这种补偿作用而得到有效地控制的[5]。从目前的应用情况来看,线路中电压不平衡的情况会随着线路输电距离的增长而变动更加严重,使得整个线路中电流的波动进一步增大。而上述这种补偿作用则可以进一步地稳定电网运输,同时也摆脱了远距离输电的限制,从目前的应用效果来看,该方法可以将矩阵和输出的脉动控制在上下3%左右,其效果十分显著,控制效果良好。结束语：随着我国社会的发展以及经济的进步,各行各业的发展越来越离不开电力资源的支持。因此,人们对于电力发电的稳定性提出了更高的要求,同时也对变流器的稳定运行提出了要求。在目前的自动化控制措施中,其控制过程考虑了正序分量与负序分量的特点,在具体的操作中能够实现对发电机转矩以及功率脉动的有效控制,这样可以有效地解决当前变流器运行过程中的不稳定问题,也进一步地提升了风机系统的运行性能。在以后的工作过程中,变流器的自动化控制还有许多可以改进的部分,需要我们结合当前先进的技术进行改进,以提升发电的效率Reference：[1]左光群,周正.浅谈风力发电机组变流器的自动控制方法[J].电子世界,2020(11)：166-167.[2]徐超林.波形分析在风电机组变流器故障处理中的应用[J].机电信息,2019(21)：14-15.[3]王耀函,张扬帆,宋鹏,等.基于工作点在线计算的双馈机组网侧变流器高电压穿越控制[J].电力系统及其自动化学报,