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双馈型风力发电变流器及控制研究发布时间：2023-02-03T02:45:19.615Z 来源：《中国电业与能源》2022年第18期作者：骈志强[导读] 随着社会主义市场经济的逐步发展骈志强内蒙古华电锡林浩特新能源有限公司内蒙古锡林郭勒 011300摘要：随着社会主义市场经济的逐步发展，电能已广泛应用于社会生产及人民生活质量的提升。
为保证电网稳定性，电力企业必须在日常电能生产中引入各种发电技术。
其中，双馈型风力发电变流器大幅提高了风力发电效率，能节省发电资源的消耗，还能减少发电对环境的污染。
关键词：双馈型风力发电；变流器；控制变速恒频双馈风力发电机组以其能量转换效率高、良好的电能质量等特点，成为风电市场的主流机型。
双馈风力发电系统的控制一直是国内外研究的热点，其中双馈风电系统运行控制的核心是变流器的控制。
为充分发挥双馈系统两侧变流器的灵活性，保证电力系统的稳定性，避免传统矢量控制过分依赖电机参数的问题，本文详细分析了双馈型风力发电变流器及其控制。
一、双馈型风力发电变流器特点随着科技的发展，风力发电技术能取代传统的发电技术，节约不可再生资源。
为保证电力输送的稳定性，风力发电的转速不能随着外部环境的影响而不断变化，它需保持在一定的速度范围内。
因此，风力发电机包含变速恒频系统，变速恒频系统有许多类型，双馈感应变速恒频系统应用最广泛，且具有一定的经济性，双馈型发电机最重要的组成部分是绕组、转子绕组，绕组需与电网连接，发电机使用齿轮系统与风力机连接，转子绕组需使用双向变流器与电网连接，二者的结合能控制交流励磁及功率，达到变速及无功补偿的目的。
双馈型风力发电系统需要的电量较少，变流器发电机对转子测电源无太大要求，测电源容量为机组额定容量的40%即可正常运行。
双馈型风力发电变流器体积小、材质轻、柔韧性好，能来回双向转化直流电及交流电，由主电流系统、配电系统、控制系统组成。
变流器可减少并网冲击电流对电机及电网的不利影响，变流器是一种具有过流过压保护功能器件，所以可在高山上建造风力发电设备，以获得更多风源。
双馈风力发电变流器控制策略研究摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。
随着双馈风力发电技术的日益成熟，单机并网功率越来越大，对风力发电系统运行的稳定性提出了挑战。
大功率负载的突投突切，引起电网电压的波动和三相不平衡;非线性负载的投入，会向电网注入大量谐波，从而导致并网电流谐波问题，造成设备寿命缩短甚至损坏。
本文就双馈风力发电变流器控制策略展开探讨。
关键词：双馈风力发电；变流器；控制引言作为清洁无污染、可持续利用的能源形式，风力发电以其迅猛的产业发展趋势，已成为新能源发电的一种重要利用形式。
变流器是风力发电和电网的接口装置，其控制性能对并网系统的安全稳定运行具有重要作用。
在一般的风电变流器控制系统中，均假定电网电压是理想的正弦标准信号，但是在实际电网中，由于线路阻抗以及外界干扰的影响，电网电压会出现不平衡现象，如何保证并网变流器在电网电压不平衡条件下正常运行是目前急需解决的关键问题。
1双馈风力发电机数学模型发电机在d,q坐标系下磁链方程如下:式中：分别为定子与转子磁链d,q轴分量;L.为定子等效电感;L}为转子等效电感;L.为定转子互感；分别为定子与转子电流d,q轴分量。
系统在d,q坐标系下功率转矩方程如下:2倍频分量产生机理在电网电压不平衡条件下，双馈风力发电并网系统的视在功率为（1）式中：为电网电压dq轴的正负序分量; 为电网电流dq轴的正负序分量;*为取共轭．对应的有功功率和无功功率分别为（2）式中:P0、Q0为基波分量馈入电网的有功、无功功率平均值;Pc2、Ps2为有功功率余弦和正弦二倍频谐波分量;Qc2、Qs2为无功功率余弦和正弦二倍频谐波分量．结合式(1)和式(2)可以求得各个功率分量的矩阵表达式，即（3）由网侧变流器直流侧功率平衡可得（4）式中:udc、idc为直流侧电容的电压和电流;P1为双馈风力发电机侧变流器的输出功率;P2为双馈风力发电网侧变流器的输入功率．根据电容器的特性和式(2)可得功率平衡的表达式，即（5）式中，C为直流侧电容。
浅谈双馈风电变流器的控制与开路故障诊断摘要：风能是清洁能源之一，随着风力发电技术的发展，双馈风力发电机得到了广泛应用。
本文将对双馈风电变流器的控制策略和开路故障诊断方法进行研究，首先简单介绍双馈风力发电机的运行原理，进而探讨其控制方法，包括转子侧控制和网侧控制等。
在此基础上，研究其开路故障诊断方法和系统的重构。
关键词：双馈风电变流器；开路控制；故障诊断风力发电是低碳经济背景下电力发展的必然选择，也是目前最有潜力的几种新能源之一。
双馈风力发电机组作为常用机组，其运行稳定性十分重要。
在双馈风电机组中，变流器的稳定性较差，任何一个功率开关的故障都可能导致机组停机，甚至使其受到损坏。
因此，有必要对双馈风电变流器控制既开路故障诊断进行研究，探讨可行的运行重构机制。
一.双馈风力发电机运行原理双馈风电机组由发电机、变流器、控制系统、齿轮箱等部分组成，风速足够大时，电机以固定速度沿着低速轴承旋转，通过齿轮箱实现与高速轴的耦合，带动发电机进行高速旋转。
在此过程中，可以将机械能转化为电能，经过变电设备处理后供生产或生活使用。
由于风力机本身叶片能够旋转，而风向不断变化，因此需要使用偏航系统为风力校准提供支持，确保风力机始终与风向相对。
变流器是该系统的核心构件，一般放在机舱内或塔筒内。
双馈风力发电机组有两个控制子系统，一是风力机的控制子系统，主要具有控制风力机启停、液压、偏航和温度等功能，另一个是发电机的控制子系统，主要具备电压控制、最大功率追踪等功能。
该系统主要由两个变流器组成，其中与电网相连的是网侧变流器，另一个是转子侧变流器，与电机转子侧相连。
二.双馈风力发电机变流器控制（一）不同风速的控制策略双馈风力发电机组主要有三个风速临界点，一是切入风速Vi，二是切出风速Vo，三是而定风速Vrated。
其中，Vi代表风力机启动所需的最小风速，Vo代表风力机组能够承受的最大风速，Vrated代表风力机为额定输出功率时的最小风速。
第三章双馈型变速恒频风力发电系统运行控制机组主结构及控制系统运行区域及控制目标总体控制方案励磁变换器结构及原理DFIG控制（机侧变换器控制）网侧变换器控制变桨机构及其控制偏航机构及其控制其他机构及控制、保护一. 机组主结构及控制系统机组主结构：主要的机电设备控制系统：微机控制软、硬件（一）机组主结构风轮系统传动链系统发电机系统偏航/解缆系统刹车系统辅助系统机组主结构示意图1. 风轮系统桨叶轮毂变距（桨距）机构2. 传动链系统低速轴齿轮箱多级变速，变比较大（接近100）采用行星齿轮和正（斜）齿轮实现多级变速润滑油冷却或加温机构高速轴联轴器通用标准型膜片联轴器连接齿轮箱和发电机补偿轴向、径向和角度偏差易于装拆维护实现电绝缘力矩限定传动链系统布局3. 发电机系统DFIG发电机本体冷却系统保护系统励磁变流器四象限运行能力、输入、输出特性优良设计容量为机组容量30％IGBT器件，PWM调制技术动作频率为数kHz-十几kHz并网机构4.偏航/解缆系统偏航机构风向标偏航伺服电机（或液压马达）减速装置偏航液压制动器偏航行星齿轮对风/解缆操作根据风向标控制对风计算机控制的自动解缆纽缆开关控制的安全链动作报警及人工解缆偏航的作用对风，获取最大发电量减少斜风给机组带来的不平衡载荷5.刹车系统机械抱闸刹车液压驱动和电气驱动通过制定卡钳和连轴器上制动盘配对实现，一般在气动刹车后转速降低后采用安装位置：高速轴，低速轴气动刹车变桨控制变桨控制系统控制桨距角为90度偏航控制电磁刹车通过控制发电机电磁阻转矩实现6.辅助系统塔架机舱罩机舱底盘变压器防雷系统及电气保护装置冷却系统发热部件液压系统齿轮箱发电机变频器冷却方式：空气冷却，液体冷却，混合冷却其他部分（二）控制系统1. 概述与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电网风况和机组运行参数，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。
双馈风力发电机及控制原理1. 引言随着环境保护和可再生能源的重要性越来越被人们所认识，风力发电作为一种清洁能源发电方式受到了广泛的关注。
双馈风力发电机作为一种较为常见的风力发电机类型，具有较高的效率和可靠性，被广泛应用于风力发电场。
本文将介绍双馈风力发电机及其控制原理，以帮助读者更好地理解和应用双馈风力发电机技术。
2. 双馈风力发电机原理双馈风力发电机是由风力发电机、功率变换装置和控制系统组成的。
其工作原理如下：1.风力发电机：风力发电机是将风能转化为机械能的装置。
其主要部件有叶片、轴承、传动装置等。
当风经过叶片时，叶片会受到空气的推力，使得转子旋转，进而驱动主轴转动。
2.功率变换装置：功率变换装置将发电机产生的机械能转化为电能，并连接到电网中。
双馈风力发电机使用的是双馈变流器，它包括一个转子侧变频器和一个电网侧变频器。
转子侧变频器将转子输出的电能转化为交流电，并传输到电网侧变频器。
电网侧变频器则将交流电转化为电网所需的电能，并与电网进行连接。
3.控制系统：控制系统是对双馈风力发电机进行监测和控制的装置。
它通过传感器将双馈风力发电机的状态信息传输给控制器，控制器根据预设的运行参数对发电机进行调控。
例如，控制器可以根据风速变化调整发电机的转速，以最大限度地提高发电机的效率。
3. 双馈风力发电机的优势相比于其他类型的风力发电机，双馈风力发电机具有以下几个优势：•高效率：双馈风力发电机在部分负载工况下能保持较高的效率，有效提高了发电机能量转换的效率。
•抗风干扰能力强：双馈风力发电机控制系统具有较强的抗风干扰能力，能够稳定运行并输出稳定的电能。
•可靠性高：双馈风力发电机采用的双馈变流器能够有效避免发电机因电网故障等原因引起的故障，提高了发电机的可靠性。
4. 双馈风力发电机控制原理双馈风力发电机控制系统主要通过控制器对发电机的调速、电压和功率进行控制。
其控制原理如下：1.风速检测和采集：通过风速传感器检测风速，并将风速数据传输给控制器。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理双馈异步风力发电机机组是目前常见的大型风力发电机组之一，其变流器是其重要组成部分之一。
本文将从双馈异步风力发电机机组的基本原理、变流器的作用及基本运行原理进行全面阐述。
一、双馈异步风力发电机机组基本原理双馈异步风力发电机机组由双馈异步发电机、变流器、控制系统和发电机基础组成。
其基本原理是运用风能带动叶片转动，带动机组转子旋转产生机械能，通过双馈异步发电机将机械能转化为电能，并通过变流器将发电机产生的交流电转化为直流电，最后将直流电送入电网并通过控制系统实现对发电机的控制。
双馈异步发电机是其核心部件，其转子由两部分组成，一部分是固定在转子上的定子线圈，另一部分是通过刷子环连接到外部电路的转子线圈。
通过这样的设计，可以实现转子侧的双重馈送电，提高了发电机的效率和稳定性。
二、变流器的作用变流器是双馈异步风力发电机机组中至关重要的部件，其作用主要体现在以下几个方面：1.将发电机产生的交流电转化为直流电：双馈异步发电机产生的电能是交流电，而电网所需的电能是直流电，通过变流器可以将交流电转化为直流电，从而满足电网的需求。
2.控制发电机输出电压和频率：变流器可以实现对发电机输出电压和频率的精确控制，保证发电机的输出电能符合电网的要求。
3.实现电机的无级调速控制：通过控制变流器输出的电流和电压，可以实现对发电机的无级调速控制，更好地适应风速的变化，提高发电机的工作效率和稳定性。
三、变流器基本运行原理变流器是由功率电子器件、控制电路和滤波器组成的，其基本运行原理可以概括为以下几个步骤：1.采集电机参数：变流器需要采集发电机的电压、电流、转速等参数，并通过控制系统实时监测和分析，以便实现对发电机的精确控制。
2.实现电能转换：发电机产生的交流电首先经过整流器进行整流，将其转化为直流电；然后通过逆变器将直流电再次转化为交流电，控制其电压、频率和相位，最终输出给电网。
3.控制系统实现闭环控制：控制系统根据发电机的实时参数和外部指令进行分析和处理，通过调节变流器的工作状态，实现对发电机的闭环控制，以达到稳定、高效地发电。
双馈型风力发电变流器及其控制
随着环保意识的日益增强和可再生能源的广泛应用，风力发电技术得到了快速发展。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统中的关键设备之一，在提高风能利用率和电能质量方面具有重要作用。
本文将介绍双馈型风力发电变流器的工作原理、特点优势及其控制方式。
双馈型风力发电变流器是一种交直流变换设备，可将风力发电机发出的交流电转换为直流电，再供给电力系统使用。
其工作原理是采用双馈（交流和直流）线路，通过电力电子器件（如IGBT、SGCT等）的开关动作，控制交流和直流电流的双向流动，实现能量的交直流转换。
高效性：双馈型风力发电变流器具有较高的能量转换效率，可实现风能的最大化利用。
灵活性：双馈型风力发电变流器可通过控制开关器件的占空比，调节输出电流的幅值、频率和相位，满足不同风速和负荷条件下的运行需求。
稳定性：双馈型风力发电变流器可有效平抑风速波动带来的影响，提高电力系统的稳定性。
维护性：双馈型风力发电变流器采用模块化设计，便于维护和检修，
降低了运维成本。
矢量控制：通过控制交流侧电流的幅值和相位，实现有功功率和无功功率的解耦控制，提高电力系统的稳定性。
直接功率控制：采用瞬时功率采样，通过控制逆变侧电流的幅值和相位，直接控制有功功率和无功功率，具有快速的动态响应。
神经网络控制：利用神经网络技术，建立风力发电变流器数学模型，实现自适应控制和优化运行。
模糊控制：基于模糊逻辑理论，通过模糊控制器对变流器进行非线性控制，具有良好的鲁棒性和适应性。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统的关键设备之一，具有高效、灵活、稳定和维护简便等特点及优势。
其控制方式多种多样，包括矢量控制、直接功率控制、神经网络控制和模糊控制等，可根据实际应用场景选择合适的控制方式以实现最优运行。
随着风电技术的不断发展，双馈型风力发电变流器在未来将发挥更加重要的作用，为可再生能源的广泛应用和绿色能源转型提供强有力的支持。
随着环境保护和可持续发展的日益重视，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的。
风力发电系统中的双馈感应发电机
（DFIG）矢量控制技术，对于提高风能利用率和系统稳定性具有重要意义。
本文将对双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用进行详细研究。
风力发电系统中，双馈感应发电机是一种常见的发电机组，具有变速恒频的特点。
其工作原理是利用风能驱动发电机转子转动，从而产生交流电。
然而，由于风速的波动和不确定性，给风力发电系统的稳定运行带来了一定的挑战。
为了解决这个问题，双馈感应发电机矢量控制技术应运而生。
双馈感应发电机矢量控制技术是一种通过控制发电机电流和电压的
相位和幅值，来实现对发电机输出功率的精确控制的技术。
目前，该技术在风力发电系统中得到了广泛应用。
然而，仍然存在一些问题，如控制策略的优化、不同风速下的控制效果、以及控制过程中可能出现的振荡等问题，需要进一步研究和探讨。
本文采用实验研究和理论分析相结合的方法，对双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用进行深入研究。
设计并搭建一个风力发电系统实验平台，包括风轮机、双馈感应发电机、矢量控制器等核心设备。
然后，通过数据采集和分析，获取不同风速下双馈感应发电机的运行数据，包括电流、电压、功率等。
实验结果表明，双馈感应发电机矢量控制技术能够在不同风速下实现有效的功率控制，并且提高系统的稳定性。
当风速发生变化时，该技术能够快速响应，调整发电机的运行状态，从而保证系统的稳定性和可靠性。
然而，在控制过程中，仍然存在一些振荡和波动，需要进一步优化控制策略和完善控制系统。
本文通过对风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术的研究，验证了该技术在提高风能利用率和系统稳定性方面的优势。
本文也提出了一些存在的问题和不足，为今后的研究指明了方向。
未来可以进一步优化控制策略，提高系统的动态响应速度和稳定性，从而推动风力发电产业的可持续发展。
随着环境保护和可持续发展的日益重视，风力发电作为一种清洁的可再生能源，在全球范围内的应用越来越广泛。
其中，变速恒频交流励磁双馈风力发电系统由于其具有较高的能量转换效率和灵活的控制
性能，逐渐成为了风力发电领域的研究热点。
本文将对该系统及其控制技术进行详细的研究分析。
关键词：变速恒频、交流励磁、双馈风力发电系统、控制技术
在风力发电中，变速恒频交流励磁双馈风力发电系统具有许多优势。
该系统采用交流励磁技术，可以通过控制励磁电流来调节发电机的输
出电压和频率，从而满足并网要求。
该系统采用双馈技术，使得发电机在额定功率范围内运行时，能够实现最大风能捕获。
因此，变速恒频交流励磁双馈风力发电系统具有高效、灵活、可靠等优点，具有广阔的应用前景。
在变速恒频交流励磁双馈风力发电系统中，控制技术是实现高效稳定运行的关键。
目前，常见的控制技术包括矢量控制、直接转矩控制、滑模控制等。
其中，矢量控制通过将发电机电流分解为转矩分量和励磁分量，实现对发电机的精确控制。
直接转矩控制则通过直接控制发电机的转矩和磁链，提高系统的动态响应性能。
滑模控制则通过不断调整控制量，使系统的状态沿着预设的滑模面运动，从而实现对系统的稳定控制。
在实际应用中，变速恒频交流励磁双馈风力发电系统的性能受到多种因素的影响。
其中，风速、风向的变化以及电网负荷的波动都会对系统的运行产生重大影响。
因此，为了保证系统的稳定运行，需要对变速恒频交流励磁双馈风力发电系统及其控制技术进行深入的研究和
分析。
需要建立风力发电机组的数学模型。
通过对风能捕捉、发电机、控制器等组成部分的数学描述，为系统分析和优化提供基础。
在此基础上，
可以通过仿真软件对不同控制策略进行仿真分析，比较其性能优劣。
例如，可以使用MATLAB/Simulink对变速恒频交流励磁双馈风力发电系统进行建模仿真，并通过不同控制策略的对比实验，确定最优控制方案。
同时，针对实际运行中可能出现的风速波动、电网负荷波动等问题，可以通过研究控制器的鲁棒性，提高系统对外部干扰的抵抗能力。
例如，可以采用PID控制与智能控制相结合的方法，实现风力发电机组的高效稳定运行。
PID控制可以快速适应风速和电网负荷的变化，而智能控制则可以通过学习自适应调整控制参数，进一步提高系统的性能。
另外，为了满足并网需求，还需要对变速恒频交流励磁双馈风力发电系统的并网技术进行研究。
可以通过对并网逆变器的控制策略进行研究，实现对系统并网过程的精确控制。
例如，可以采用基于PI调节器和重复控制器的并网逆变器控制策略，提高并网过程的稳定性和可靠性。
在变速恒频交流励磁双馈风力发电系统的实际应用中，还需要考虑各种因素对系统性能的影响。
例如，交直流系统的选择、变压器的配置、保护措施等都会对系统的性能产生重要影响。
因此，需要在系统设计
和运行过程中进行全面的考虑和分析，以确保变速恒频交流励磁双馈风力发电系统的高效稳定运行。
