交流励磁变速恒频风力发电机并网控制策略

变速恒频风力发电机空载并网控制随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛应用。

在风力发电机组中，变速恒频风力发电机是一种常见的类型。

本文将重点探讨变速恒频风力发电机空载并网控制的原理、优缺点及应用。

变速恒频风力发电机组是一种通过风轮捕捉风能，并将其转换为电能的技术。

与恒速恒频风力发电机相比，变速恒频风力发电机具有更高的风能利用率和更宽的转速范围。

其工作原理是，通过调整风轮转速，以适应风速的变化，从而保持发电机输出频率的稳定。

空载并网控制是指风力发电机在不带负载的情况下与电网连接。

实现空载并网的关键在于控制风轮转速和发电机电流，以确保发电机与电网的同步。

常见的空载并网控制策略包括以下两种：直接并网法：在风速达到额定值后，风轮直接驱动发电机进入同步状态，然后进行并网。

此种方法简单直接，但并网瞬间会产生较大的冲击电流。

软并网法：通过控制风轮和发电机的转速，缓慢地将发电机接入电网，从而避免冲击电流的产生。

这种方法需要更多的控制环节和算法，但其并网效果较直接并网法更为平稳。

优点： a.由于能够适应风速的变化，所以具有较高的风能利用率； b.通过调整转速，可以减轻风轮和发电机的机械应力，提高设备的寿命；c.与恒速恒频风力发电机相比，其启动和停止更为灵活。

缺点： a.控制系统的设计较为复杂，需要精确的转速和电流控制； b.并网过程中可能产生较大的冲击电流，对电网造成一定的影响； c.需要采取措施来应对电网的波动，以保证系统的稳定运行。

变速恒频风力发电机空载并网控制在现代风力发电场中得到了广泛应用。

例如，根据某风力发电场的数据，采用变速恒频风力发电机空载并网控制后，该风电场的年发电量增加了30%，同时设备维护成本降低了20%。

这充分证明了变速恒频风力发电机空载并网控制在提高发电效率和降低运行成本方面的优势。

变速恒频风力发电机空载并网控制是风力发电技术中的重要一环。

通过控制风轮转速以适应风速的变化，保持发电机输出频率的稳定，可以实现高效的电能转换。

简述变速恒频风力发电系统的控制策略一、引言随着近年来可再生能源的发展，风力发电作为其中的一种重要形式，其技术也在不断地发展。

变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，其控制策略对于提高系统效率、保证系统安全运行至关重要。

二、变速恒频风力发电系统概述1. 变速恒频风力发电系统组成变速恒频风力发电系统主要由风机组、传动装置、变速器、功率转换装置、控制器等部分组成。

2. 变速恒频风力发电系统原理变速恒频风力发电系统通过控制叶片角度和转子转速来调节输出功率。

当风速较低时，通过调节叶片角度使得转子旋转较慢，从而保证输出功率稳定；当风速较高时，则通过调节变速器使得转子旋转更快，从而提高输出功率。

三、变速恒频风力发电系统控制策略1. 整体控制策略整体控制策略是指对整个变速恒频风力发电系统进行控制。

其中包括对于叶片角度、变速器及功率转换装置的控制。

整体控制策略可通过PID控制器进行实现。

2. 叶片角度控制策略叶片角度控制策略是指通过调节叶片角度来调节输出功率。

在低风速下，系统需要保持输出功率稳定，此时需要通过调节叶片角度来实现；在高风速下，系统需要提高输出功率，此时也需要通过调节叶片角度来实现。

3. 变速器控制策略变速器控制策略是指通过调节变速器来调节转子转速，从而提高输出功率。

在高风速下，系统需要提高输出功率，此时可以通过增加变速器齿轮比例来实现。

4. 功率转换装置控制策略功率转换装置控制策略是指通过调节功率转换装置的电压和频率来实现对于电网的连接。

当系统输出过多电能时，可以通过降低电网连接频率或者增加电网连接阻抗来减少电能输出。

四、总结变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，在其控制策略方面有着多种不同的方法。

整体控制策略、叶片角度控制策略、变速器控制策略和功率转换装置控制策略都是常用的控制方法。

在实际应用中，需要根据不同的情况进行选择，以保证系统稳定运行和高效输出。

变速恒频风力发电系统的控制策略1. 引言随着可再生能源的快速发展，风力发电在新能源领域扮演着重要的角色。

变速恒频风力发电系统是一种常见的风力发电技术，它采用变频器和传感器等设备来控制风机的运行。

本文将对变速恒频风力发电系统的控制策略进行全面、详细、完整和深入的探讨。

2. 变速恒频风力发电系统的基本原理变速恒频风力发电系统由风机、变频器、传感器和控制器等部分组成。

变速恒频风力发电系统的基本原理是将风机的机械能转化为电能，并通过变频器控制输出电压的频率和电压大小。

变速恒频风力发电系统的控制策略主要包括风机的启停控制、叶片角度调节、电网同步控制和功率控制等方面。

2.1 风机的启停控制风机的启停控制是变速恒频风力发电系统控制策略的关键。

当风力较小时，系统需要启动风机以利用可用的风力资源。

启动风机时，控制器会发送启动指令给变频器，将电机的转矩逐渐增加，使风机启动加速。

当风力达到一定的阈值后，控制器会发送恒频指令给变频器，使风机保持恒定的转速。

2.2 叶片角度调节变速恒频风力发电系统通过调节叶片角度来控制风机的输出功率。

当风力较大时，控制器会通过传感器获取风机旋转速度和风速等参数，然后根据预设的功率曲线计算出应该调整的叶片角度。

调整叶片角度可以控制风机的风能利用率，使其在不同风速条件下都能输出最佳功率。

2.3 电网同步控制电网同步控制是变速恒频风力发电系统将风机的电能输出与电网相连接的关键。

在将风机的电能输出给电网之前，控制器需要检测电网的频率和电压等参数，然后将风机的输出电压调整到与电网同步。

通过电网同步控制，变速恒频风力发电系统可以保持与电网的稳定连接，并将多余的电能输送给电网。

2.4 功率控制功率控制是变速恒频风力发电系统的关键功能之一。

通过控制风机的转速和叶片角度等参数，系统可以实现对风机输出功率的精确控制。

功率控制在应对电网需求变化、风力波动等情况下起到重要作用，可保持风机输出功率在合适范围内，确保系统的安全和稳定运行。

交流励磁发电机变速恒频运行原理1.风力机最大风能捕获运行机理风力是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源，但又是一种具有随机性﹑爆发性﹑不稳定性特征的动力源，因而存在一个如何使用风力机实现风能的高效采集﹑高效利用的问题。

由空气动力学原理，通过叶轮旋转面的风能只能被风力机吸收一部分，可用风能利用系数C p 来描述：C p =P m / P w （Ⅰ—1）其中：P m 为风力机吸收且输出的机械功率；P w 为通过浆叶输入风力机的功率。

故系数C p 反映了风力机吸收利用风能的效率。

风力机的风能利用系数C p 与风力机的一个重要运行参数叶尖速比λ密切相关，如图Ⅰ—1所示。

叶尖速比即叶轮的叶尖线速度与风速之比，即λ=R Ω/V=R2πn/(60V) （Ⅰ—2）式中R 为叶轮的半径，Ω为叶轮旋转的角速度，n 为叶轮的转速，V 为风速。

风力机的风能利用系数C p 与叶尖速比密切相关，风能利用系数与叶尖速比的关系曲线如图Ⅰ—1所示。

能捕获的关键是控制风力机转速。

风力机按浆叶节距的磁链分量分别为：Ψm1=Ψ1，Ψt1=0。

忽略发电机定子电阻，发电机感应电动势E 1等于定子侧端电压U 1。

因为1E 落后于1ψ 90°，故1E 和位于t 轴的负方向，从而有U m1=0，U t1=-U 1关系。

忽略定子电阻时发电机电压和磁链方程为[9][13][24]式中L s ，L r ，L m 为发电机定、转子等效自感和互感；r 2为转子绕组电阻；I m1，I t1，I m2，I t2为定、转子电流的m 、t 轴分量；ω1,ωs 为同步角速度及转差角速度；p 为微分算子。

从（Ⅱ—1）式可看出，不计定子电阻影响时，发电机的定子磁链Ψ1为常数，其值为定子电压与同步角速度之比。

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧++=-+===222222222211110m s t t t t s m m m p I r U p I r U p U ψωψψωψψωψ（Ⅱ—1） ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-==-=21221212112)(1t r t m t m r m m m t m s t m s m m I L I L I L I L I L L I I L L I ψψψ（Ⅱ—2）2．发电机矢量变换控制系统按U m1=0，U t1=-U 1关系，发电机的功率方程为可以看出，有功功率P ﹑无功功率Q 分别与定子电流在m 、t 轴上的分量成正比，调节转矩电流分量I t1和励磁电流分量I m1可分别独立调节P 和Q 。

变速恒频风力发电机的原理及控制研究一、变速恒频风力发电机原理（一）系统介绍交流励磁发电机定子绕组接入工频电网，转子绕组经一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电。

该系统，允许原动机在某范围内变速运行，简化了调制装置，减少了调速时的机械应力，提高了机组运行效率；调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率；应用矢量控制可实现有功、无功功率的独立调节。

（二）频率分析双馈变速恒频风力发电系统如图一，由交流异步发电机的基本原理可得：f 1=np 60±f 2 (1) (1)式中f 1为定子电流频率，n 为转子转速，p 为电机的极对数，f 2为转子励磁电流的频率。

当发电机的转速n 小于定子旋转磁场的同步转速 n 1时，处于亚同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子机械旋转方向相同，式中f 2取正号，此时变频器向发电机转子提供交流励磁，定子发出电能给电网。

当n 大于n 1时，处于超同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子机械旋转方向相反，式中f 2取负号，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，变频器的能量逆向流动。

当n 等于n 1时，处于同步运行状态，此时发电机作为同步电机运行，f 2=0，变频器向转子提供直流励磁。

（三）能量流动分析对发电机来说，从转子输入的机械能，克服气隙磁场中导体所受的电磁力而做功，使导体不断地感应电势，从而源源不断地发出电能，实现机械能到电能的转换。

机电能量转换过程应该满足能量守恒定律，则得出定子侧的电磁功率方程为：P m =P cu 1+P 1 (2)（1）式中P m 为电磁功率，P cu 1为定子绕组的铜耗，P 1为定子输出的电功率。

同理，经气隙传递的电磁功率从转子侧可以表示为：P2=P cu2+P e2(3)（2）式中P2为转子侧输入(或输出)的电功率，P cu2为转子绕组的铜耗，Pε2为转子绕组转换或传递的电功率。

风力发电并网技术及电能质量控制策略引言风能资源是清洁的可再生能源。

风力发电是新能源中技术较成熟、较具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。

随着电力电子技术发展和成本降低。

其在控制方面和电网接人方面为风力发电的性能改善提供了一个新的解决方案。

电力电子技术可以实现扇片的调速。

从而町得到更多的风能。

同时电力电子装置可以为风电并网系统中所出现的无功、谐波等电能质量问题提供解决方案。

现将分别对同定速度和凋速风力发电机。

针对不同拓扑结构的工作原理进行比较与分析。

并针对不同类型的风电系统的电能质量问题进行分析。

1.恒速恒频风电系统恒速恒频发电机系统采用的是普通异步发电机。

这种风电机组的发电机正常T作在超同步状态。

转差率为负值。

并且其变化范围较小。

所以被称为恒速恒频风力发电机组。

目前，国内应用较多的是恒速恒频发电机组，但是电力电子装置应用较少。

其中也有些机组的转子回路接入电阻。

用电力电子器件控制转子电流的大小来调节转速。

这种风电机组的主要缺点是：当风速迅速增大时。

风能将通过桨叶传输给主轴、齿轮箱和发电机等部件。

产生很大的机械应力。

引起这些部件的疲劳损坏：同时在正常工作时这类风电机组无法对电压稳定进行控制。

不能和同步发电机一样提供电压支撑能力。

阗此。

当电网故障时会影响系统电压的恢复和系统稳定。

这也是普通异步发电机的风电机组的主要缺陷。

其次。

因为恒速恒频风力发电系统发出的电能是随风速波动的。

若风速急剧变化。

可能会引起风电机组发出的电能质量有问题，如电压闪变、无功波动等。

通常在这类风电系统中采用静止无功补偿器SVC或TSC来进行动态无功补偿。

并通过软启动方法抑制启动时的发电机电流。

2.变速恒频风电系统随着电机变频凋速技术的不断发展。

采用双馈异步发电机和永磁多极同步电机的变速恒频风力发电系统得到了更加广泛的研究与应用。

变速恒频风力发电系统有下列优点：a.根据风速的变化。

风力机以不同的转速旋转。

减少了对风力机等机械装置的机械应力：b.通过对较佳转速的跟踪。

变速恒频双馈风力发电柔性并网控制策略及建模仿真 Research on Flexible Grid-connection Control Strategy and modeling-simulation for VSCF Wind Power Generation吴国祥 1,2 陈国呈 1 马祎炜 1 俞俊杰 1 蔚兰 11上海大学机电工程与自动化学院、上海市电站自动化技术重点实验室上海200072 2南通大学电子信息学院江苏南通 226007Wu Guoxiang1,2 ,Chen Guo-cheng1 ,Ma Yi-wei1, Yu Jun-jie1 , Yu Lan11. Shanghai University shanghai 200072 China2. Nantong University Nantong Jiangsu 226007 China摘要:传统的风力发电并网方式为“刚性并网”,在并网瞬间会产生很大的冲击电流。

本文根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点, 将矢量控制的定子电压定向技术应用在双馈发电机的并网控制上, 对风力发电的“柔性并网”进行了分析,即根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,在变速条件下实现无冲击电流并网,实现了输出有功和无功功率的解耦控制。

建立了交流励磁发电机空载并网、负载并网、并网后的稳态运行和电网波动情况下的不脱网控制模型,完整的仿真研究验证了变速恒频风力发电柔性并网控制策略的正确性与有效性。

Abstract: Traditional wind power generation was rigidly cut in, the current impact on grid connection is extremely high. In this paper,by analyzing run characteristic of AC-excited variable speed constant frequency(AEVSCF wind power generator ,stator voltage oriented vector control technique is used in doubly fed induction generator(DFIG, flexible grid-connection technique is analysed ,grid voltage and rotor speed are calculated to make generator output voltage meet grid-connection condition without overshoot current by excitating rotor current control, and obtain decoupling control of active power and reactive power .The modes of idle-load and on-load grid connection, running in ready state and fault ride through are established, complete simulation confirms theaccuracy and validity of flexible grid-connection control strategy for VSCF wind power generation.关键词:变速恒频柔性并网解耦定子电压定向建模仿真Keywords: variable speed constant frequency (VSCF, flexible grid-connection, decoupling , stator voltage oriented, modeling and simulation1 引言风能是一种非常具有开发潜力的可再生能源 , 随着风力发电技术的大力发展,其并网技术也越来越得到重视 [1,2]。

变速恒频双馈风力发电负载并网控制曾志勇,　王清灵,　冯　婧(安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南　232001) 摘　要:探讨双馈发电机并网过程的运行原理,研究了基于定子磁链定向矢量控制技术的发电机并网控制策略,对比和分析了空载并网和负载并网的控制原理。

负载并网方式并网前接有独立负载,发电机可以参与风力机的能量控制,降低了对风力机调速能力的要求,减小了风对风力机的应力;建立了负载并网控制的仿真模型,仿真结果表明:并网后冲击电流较小,负载并网方式是一种较理想的变速恒频(VSCF)风力发电并网方式。

关键词:变速恒频风力发电;定子磁链定向控制;负载并网中图分类号:T M921.5　文献标识码:A　文章编号:167326540(2009)1020046205L oad C utt i n g2i n Con tr ol of Va r i a ble2SpeedCon stan t2F r eqency(VSC F)W i n d2Power Gener a torZEN G Z hi2yong,　WANG Q ing2ling,　FENG J ing(School of Electrical Engineering and Comm unicati on,A nhui University of Science andTechnol ogy,Huainan232001,China) Abstra ct:Running p rinciple of the grid2connection proce ss of doubly2fed gene ratorwa s discuss ed.Grid2connec2 ti on control stra t egy of generator wa s investigated ba s ed on sta t or2orient ed vec t or control technique.Contra sting and si mulating the princ i ple of the grid2connecti on with l oad and with no l oad,the generator of the l oad cutting2in contr ol can contr ol wind ene rgy in coope rate with wind turbine,whi ch can reliev e s the stre ss of windturbi ne fro m wind and i m p r ove the s peed adjust ment ability of syste m.The si m ulation model of grid2connec ti on p r ocess of doubly2fed gene ra2 t or was f ounded.T he si m ul a tion re s ult ve rified the i m pact currentwas very s ma ll and t he v a lidit y and feasibility of the grid2connec ti on contr ol stra t egy of doubly2fed gene ra t or.Key wor d s:va r i a b le speed co n stan t fr equen cy;st a tor f i eld2or i en ted con tr ol;l oa d cutt i n g2i n con tr ol0　引　言交流励磁变速恒频风力发电定子侧并网方式可分为空载并网和负载并网两种。