黑龙江龙源新能源发展有限公司草原风电场 黑龙江大庆 166200
摘要：能源供给已经是一个全球性的问题，各个国家和地区都在寻求一种能够可持续开发利用的绿色能源。由于资源的有限性，煤炭、石油、天然气作为最初使用的能源，最终有用完的一天，并且其带来的环境污染是不可逆的，所以绿色清洁能源是未来发展的趋势。风力发电作为一种绿色的清洁能源，它的可再生性、无限性及绿色环保性，都大大提高了这种能源的开发利用价值。作为风力发电机的核心部分，变流器控制始终占据着重要的位置。因此，本文对风力发电机组变流器的自动控制方法进行了探索。
关键词：风力发电机组；变流器；自动控制方法
随着社会的发展，人类越来越重视清洁能源的应用，尤其是风力发电的出现，大大改善了社会能源结构，为人们生产生活提供了强有力的能源保障。但随着社会用电量的增长，受传输和分配等因素的影响，电网在运行过程中会出现电压瞬态不平衡的问题。所以电力系统对风力发电机的性能也提出了更高的要求，变流器的传统控制方法已经不能适应当前工作特点，我们必须加强变流器控制效果与电网的有机融合，将重点放在控制电压波动上，降低对电网运行造成的负面影响，改进风力发电机的运行使用效果。
一、风力发电机控制系统的现状
风力发电从上世纪八九十年代开始起步，经历了几十年的发展，风力发电机的控制系统已由初期的进口到现在的普遍国产化，最初使用的集中化控制系统经过一段时期风场的实际运行后，发现控制系统放在机舱内给维护带来很大的不便，维护效率低，严重影响风力发电机的使用效率。光纤通信产生后，使控制系统能够在塔底运行，各个子系统独立控制，采用通信的方式，共享数据。例如轮毅有自己独立的CPU，在主控制系统CPU出现异常时，能够独立控制其安全收桨，变流器也同样采用独立控制。该系统的优点是维护便利，有利于提高风力发电机的可利用率。但是，由于数据通信共享，对系统通信部分要求比较高，因此软件处理的难度相对比较大。
二、新控制方法概述
风机通过调节叶片的迎风角度吸收风能，经齿轮箱转化为机械能送至发电机，作为发电机动能，经变流器转换为电网的电能。变流器是整个风力发电机的核心部件，其控制方法在很大程度上直接影响着设备的发电效率、低电压穿越等重要技术参数与工作性能。
当电网中出现三相电压不平衡时，系统应该对电压、电流的正序分量与负序分量进行综合考虑，明确发电机的运行状态，采用定子电压定向控制的方式，使发电机组处于良好的运行状态。我们可在定子电压的正序向量中固定d轴，解耦控制可以在有功功率、转矩和无功功率之间实现。
对电网侧变流器电流与转子侧变流器电流的负序分量和正序分量进行调整，可提升双馈式风力发电机的运行效果。由于波动问题存在于直流母线电压、转矩输出功率当中，如果只是对变流器负序电流的控制，那么对于波动问题的处理效果将会不够理想。正序转子电流与负序定子电压的分量，能够在一定程度上消除转矩脉动，当电网中存在较小的电压波动时，所需要的负序电流也会降低。因此，可以快速估算定子转矩、有功功率和无功功率。
三、风力发电机变流器自动控制方法的应用
1、消除有功功率脉动
当变流器靠近电网一侧时，电网电压波动和有功功率脉动，是负序电流产生的主要影响。有功功率脉动主要由双馈式风力发电系统输出，因此应该对其进行消除或者尽量降低到最小值。为了能够对电网电压的波动问题进行处理，还可以对电网电压的不平衡进行有效补偿。电网一侧的变流器和定子，是双馈式风力发电系统输出有功功率的主要构件，通过两者相互抵消的方式，能够有效处理上述两个有功功率脉动。
Psm（t）-Pgm（t）=0
（Psm：定子有功功率脉动；Pgm：电网侧有功功率脉动）
当定子有功功率脉动与电网侧变流器有功功率脉动用相互抵消时，电网侧变流器的负序电流可以用如下公式表示，：
Igf=Isf-Vsf/Vsz（Isz+Igz）
（Igf：电网侧变流器的负序电流；Igz：电网侧变流器正序电流；Isf：定子负序电流；V sz：正序电源电压；Vsf：负序电源电压；Isz：定子正序电流）
通过上述控制方法的应用，直流母线电压的脉动也能够得到有效处理。
2、补偿电网电压不平衡
对于正序电压的调节，可以借助于正序无功电流，因此在负序电压的调节当中，也可以采用相应的负序电流。构建电网一侧负序部分的等效电路图，并用如下公式表示公共连接点的负序电压：
Vcf=VLf+RLILf jwL LI Lf+LL（dI Lf/dt）
（Vcf：公共连接点的负序电压；VLf：电压不平衡时的负序电压；RL：电压不平衡时的电阻；LL：电压不平衡时电网的电感；ILf：电压不平衡时电网的负序电流）
从公式中可知，对于输电网络的负序电流ILf的调节，能够有效控制公共连接点的负序电压Vcf。当风电场的规模较大时，电网侧变流器和转子侧变流器的负序电流，存在于输电网络所需要补偿的负序电流当中，可以用如下公式表示：
ILf=-（Igf+Irf）=-Igf（Lm/Lr）Irf-（1/Lr）Φrf
对于风力发电机的转矩脉动进行控制，当采用转子侧变流器
时，那么负序电流可以用下列公式表示：
Irfm=1/Vsz（Vsflrz）
当在控制中采用电网侧变流器时，那么负序电流则可以用下列公式表示：
Igf=-ILf-Isf
通过上述的处理，能够有效控制公共连接点的电压不平衡问题，但是无法对直流电压脉动和公共功率脉动无法得到控制，如果想实现对电网电压不平衡的有效补偿，需设定电压V sf为0。
3、风机自动控制方法的验证试验
对上述控制方法进行试验验证，能够确保其具备良好的实效性，真正满足自动控制的要求。在实验中选择大型风电场开展仿真试验，其中风力发电机的额定功率为2.OMW，台数为20台；50Hz为频率值；0.0108p.U.为定子电阻值；0.102p.u.为定子电感值；690 V为定子额定电压值；1：3为定子与转子的匝数比；0.012p.U.为转子电阻值；0.11p.u.为转子电感值；3.362p.U.为互感值；3s为总的惯量常数；15X1000μF为直流电容值；电网电压值为120V； 0.025mHX 15是扼流圈电网的电感值； 0.06Ω是滤波器电阻值，电容值为1000μF。
对于转子侧和定子侧变流器的开关频率进行获取，均为2kHz，在试验中过滤了此类高频开关的谐波。运用传统控制方法时，未能对电压不平衡问题加以充分考量，100Hz倍频脉动存在于输出有功功率和转矩、直流母线电压当中。采用上述有功功率脉动的控制方法后，输出有功功率和转矩、直流母线电压得到改善，而电网一侧的电压不平衡问题和转矩脉动问题，也能够通过对电网电压不平衡的有效补偿而得到控制。电压不平衡会随着输电距离的增长而变的更加严重，会导致波动的增大，而采用上述方式则解决了远距离输电的限制，能够将矩阵和输出的有功功率脉动控制在±3%和±4 %，相较于原来而言分别下降了27个百分点和6个百分点，控制效果良好。
四、结语
由于双馈式风力发电变流器系统控制综合考量了正序与负序分量，与传统控制方法相比较而言，可以实现对功率脉动和发电机转矩的有效控制，解决了电网电压的不平衡问题，增强了风机系统的运行性能。在今后实践工作当中，也应该根据风电场的实际情况对其进行不断改进和优化，使其能够切实满足工作需求，促进发电质量与效率的提升。
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