變速恒頻雙饋風力發電機勵磁控制技術研究

    傳統的風力發電機組多采用異步發電機，并網時對電網的沖擊較大。雙饋發電機可通過調節轉子勵磁電流實現軟并網，避免并網時發生的電流沖擊和過大的電壓波動。

    在圖3的勵磁控制系統中，并網前用電壓傳感器分別檢測出電網和發電機電壓的頻率、幅值、相位和相序，通過雙向變流器調節轉子勵磁電流，使發電機輸出電壓與電網相應電壓頻率、幅值及相位一致，滿足并網條件時自動并網運行。由圖5看出，并網后定子電流有振蕩現象，這是由于在并網試驗中沒有采用有功和無功功率閉環控制造成的，采用閉環控制后，發電機的功角保持不變可解決電流震蕩問題。

    如圖5所示，并網前發電機電壓略高于電網電壓，并網后發電機電壓即為電網電壓。并網前發電機電流為輔助負載的電流，并網后的電流為饋入電網的電流。輔助負載用于并網前的發電機電壓和電流監測，并網后將輔助負載切除。為了便于并網前后發電機定子繞組電壓電流的比較，并網試驗中采用了輔助負載檢測并網前定子繞組的電壓和電流，在實際VSCF系統中，不一定需要輔助負載，可檢測與比較電網和發電機的端電壓以確定是否滿足并網條件。

4.4  三態轉換控制
        在亞同步速運行時，變流器向轉子繞組饋入交流勵磁電流，同步速運行時變流器向轉子繞組饋入直流電，而超同步速運行時轉子繞組輸出交流電通過變流器饋入電網。亞同步、同步和超同步三種不同運行狀態的動態轉換是變速恒頻雙饋風力發電機勵磁控制的一項關鍵技術。

        由于風速變化的不穩定性，風力發電機難以長時間穩定運行在同步速。為了避免反復跨越同步點和在同步速附近小轉差區的控制難度，在實際變速恒頻風力發電系統中，總是把穩定運行工作點選在避開同步速附近小轉差區(|s|<0.05)以外的區間。自然，跨越同步點是難免的。

        跨越同步點的三種運行狀態的轉換可采用兩種不同的方法，一是采用“交-直-交”控制模式，二是采用“交-交”控制模式。“交-直-交”控制模式是隨著發電機轉速的增高逐漸降低轉子繞組電流的頻率，當轉速接近同步速時供給轉子繞組直流（此時轉子三相繞組為“兩并一串”的聯接方式而變流器以PWM方式控制不同橋臂的三個功率開關器件同時導通或關閉，輸出可控的直流勵磁電流）。當轉速超過同步速后，變流器停止直流供電，此時轉子繞組向變流器輸出轉差頻率的交流電。采用“交-直-交”控制模式的發電機跨越同步速時的轉子電流實測波形如圖6所示。“交-交”控制模式因省去了向轉子繞組供直流電的環節，控制稍微容易一些，但三種運行狀態轉換的平滑性稍差一些，其轉子電流試驗波形如圖7所示。

5  結論

    （1）跨越同步速是變速恒頻雙饋風力發電機勵磁控制關鍵技術之一，采用“交-直-交”或“交-交”控制模式，可實現亞同步、同步和超同步運行方式之間的轉換。

    （2）并網操作是變速恒頻雙饋風力發電機勵磁控制需要解決的另一關鍵技術。可采用不同的并網方式（異步方式或同步方式），但需要解決并網過程中的電流沖擊和電壓波動問題。