（五凌电力新能源分公司）
摘要：随着低风速风资源不断被开发，以及平价上网与竞价上网时代的到来，提高风电机组的发电效率，尤其是双馈风电机组在低风速下的发电效率具有重要意义，为此，国内外学者做了大量研究。研究了双馈风电机组双模柔性切换问题，提出了一种模式柔性切换控制方法，但是，该研究对于该控制在实际工程应用中将面临的问题思考较少。在分析双馈风电机组发电效率构成及影响因素的基础上，提出了在低风速时段将双馈发电机定子短接的方法，使其工作在感应异步电机状态，但是该研究没有介绍具体的控制策略。
关键词：双馈风电机组；异步模式；控制策略
1现有控制策略分析
由空气动力学可知，风电机组从风中所能获取的能量可表示为：
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其中：ρ为空气密度；S为风轮扫掠面积；v为机组风速；Cp为风能利用系数。
由公式可知，风电机组捕获的能量P与Cp成正比。对于同样长度的桨叶，在相同的风速条件下，如果风电机组控制运行点对应的Cp越大，机组捕获的风能将越大。
在风电机组变速运行区间，控制系统通过转矩与最优桨距角协同控制将风电机组控制运行在最优叶尖速比上，实现风电机组最大风能捕获，风电机组特性曲线中的最高点。
由参考文献：可知，叶尖速比等于风轮转速除以风速。根据叶尖速比与风速、风轮转速三者关系，由于发电机受制于电机转子端口电压，双馈风电机组运行转速受限，导致其无法在切入风速到额定风速的整个范围内实现追求最佳Cp控制。
2异步控制方案
2.1异步控制电气方案
在变流器侧需要增加发电机组定子短接接触器，并使其与原并网接触器实现互锁，以保障风电机组安全。接收到控制系统下发的异步运行指令之后，变流器将闭合定子短接接触器，控制双馈发电机组以异步模式并网发电运行，然后接收并响应主控给定的转矩指令；当接收到双馈运行指令时，将断开定子短接接触器，控制双馈发电机组以双馈模式并网发电运行，然后接收并响应主控给定的转矩指令。
2.2主控控制方案
双馈风电机组模式切换包括双馈到异步以及异步到双馈的两个切换过程。当风电机组工作在双馈模式下，如果机组功率小于双馈切换到异步模式机组功率时，为了提高机组风能利用率，增加机组变速运行区间，控制系统请求机组减载运行，等到功率小于变流器切换最小功率时，将下发异步命令给变流器，并将机组并网运行转速控制到异步模式下最低转速。当变流器完成切换之后，控制系统将加载并恢复功率运行。
当风电机组工作在异步模式下，如果机组功率大于异步切换到双馈模式机组功率时，控制系统请求机组减载运行，等到功率小于变流器切换最小功率时，将下发双馈命令给变流器，并将机组并网运行转速控制到双馈模式下最低转速。当变流器完成模式切换之后，控制系统将加载并恢复功率运行。
3仿真与分析
为了验证本文所述的双模控制策略，选择WindeyWD1500kW-77某型号双馈风电机组进行仿真验证。双馈切换到异步模式机组功率为180kW，异步切换到双馈模式机组功率为250kW，异步模式下机组最低运行转速为950r/min。在372s前，风电机组工作在双馈模式且处于发电状态，机组有功功率约78kW，机组转速约115rad/s（1100r/min）；开启异步模式功能之后，由于机组有功功率小于双馈切换到异步模式机组功率，控制系统请求机组减载，377s时，机组有功功率减小到15kW以下，小于变流器切换最小功率（15kW），控制系统下发异步命令给变流器进行模式切换。完成模式切换之后，机组工作在异步模式下，机组有功功率逐渐恢复，机组转速逐渐下降，经过调整后，大约在400s，机组有功功率从调整前的78kW恢复到80kW，机组转速从115rad/s调整到99.5rad/s；在455s，机组风速从4m/s逐渐升高至6m/s，机组有功功率逐渐升高，到达509s时，机组有功功率大于250kW，即异步切换到双馈模式机组功率，控制系统立即请求机组减载运行，到达518s时，机组有功功率小于变流器切换最小功率，控制系统下发双馈命令给变流器；完成切换之后，机组工作在双馈模式下，机组有功功率逐渐恢复，经过调整后，大约在550s，机组有功功率恢复到290kW。
分析表明，上述双馈风电机组双模控制策略是正确的，可以实现机组双馈模式与异步模式的正确切换。在低风速段，采用双模控制策略之后，机组功率曲线得到了明显提升，将有助于提高机组发电性能。
4双馈风电机组异步模式控制策略
4.1保护与控制的关系
电动机的保护与控制存在着直接的联系，将所有的保护系统全部度安装到控制系统内，其可以准确的获取保护线路中各项数据信息，然后经过系统性的分析，才能开始后续的操作。比如，电动机存在过载保护的情况，而控制则需要根据其系统的运行可以立即或者延时发出断开指令，可以有效的消除过载所产生的严重影响。
4.2电动机的启动保护
电动机启动就是在设备通电之后，开启正常的运行。在生产环节中，电动机需要经过反复多次的启动与停止，还有些情况是带负荷启动，在启动的瞬间会出现堵转的情况存在，此时的系统运行电流会非常大，很多情况下都会达到额定电流的4～7倍。这种情况下，线路内的压降会比较大，会直接导致同一线路中的其他负载电压比较低，进而导致系统无法正常运行。如果严重，会导致电动机工作电压会快速下降，导致启动转矩比较小而不能及时开启运行，也会出现绕组热量过高的情况，绝缘老化，进而导致设备的使用寿命缩短。因此，在电动机生产中，一般不会采取直接启动的方式。
4.3大功率皮带输送机电机保护
传统的控制系统，主要应用的是液力耦合器、电抗器等额装置来完成。在当前所应用的是交流真空软起动装置，在主电路内安装晶闸管，微处理主要使用的是施耐德ATS48系列及BENSHAW产品，能够直接进行分断或者连通处理，然后就能够保护整个系统结构，通常可以根据需要来设置故障检测装置，使用结束后可以进行电动机启动先后的故障检测，主要是确定温度、电压、电流等是否存在异常情况，然后还能够利用输出端子与上位机能够实现有效的控制。该装置可以更好的保证三相异步电动机启动过程缓慢进行，保证电动机无论出于任何工作状态之下都能够实现平滑起动，有效的减小起动电流，使得系统运行更加的稳定，性能也不会受到任何影响，从而可以有效的延长设备的使用寿命。在设备运行中，可以通过控制软/硬起动的方式来进行起动控制。采用软起动的方式，在开启开关之后，可控硅出发控制器能够发射出控制信号，然后就能够有效的控制输出电压，就能够实现从起始电压输出，根据规定要求的起动曲线来进行输出电压，而电动机的转速会伴随着电压的升高而逐步的增大。在系统运行的输出电压达到100%的情况下，电机转速也能够达到规定的要求。在该过程中加速形成之后，真空接触器吸合，可控硅组就能够直接触发控制器，此时能够关断可控硅输出，此时就能够完全实现软起动的要求。在核心处理器装置中布置了软起动保护装置之后，然后就能够应用到实时检测保护阶段中，进而能给正常工作的电动机提供各项检测、分析与保护功能，最终可以保证三相异步电动机等设备可以实现稳定的运行，不会导致严重的系统故障缺陷。
结论
为了进一步提高双馈风电机组低风速段风能利用率，分析了现有机组控制策略，提出了双馈-异步控制策略。试验仿真表明，该控制策略是有效的，可以实现机组双馈模式与异步模式的正确切换，可以拓展双馈风电机组变速运行范围，进一步提高双馈风电机组在低风速段风能利用率与发电性能，具有工程应用参考价值。
参考文献：
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[2]李志伟.浅谈三相异步电动机的保护装置[J].山西科技，2019（3）：114-115.