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变速恒频双馈风力发电机切入转速附近励磁控制
1.引言
随着能源消耗的日益增加，全球环境问题变得越来越严重。因此，清洁能源的研发和使用变得非常重要。风能作为一种可再生的、清洁的、无污染的能源，在全球范围内得到了越来越多的应用。风力发电机作为利用风能发电的主要设备之一，已经成为清洁能源领域的重要组成部分。其中，变速恒频双馈风力发电机因其功率转速范围广、输出电压稳定等特点，成为了目前市场上使用较为广泛的风力发电机之一。
然而，由于风力资源的不稳定性以及发电机的特性，风力发电系统需要具备适应性及调节性。在低风速下，风力发电机输出功率较小，因此需要引入框架变换控制策略以提高发电量。同时，在风速变化的过程中，若无适当的控制策略，发电机转速也会发生较大的波动，从而影响电网稳定性。因此，在实际应用中，发电机控制策略的设计和优化是非常重要的。
本文将重点研究变速恒频双馈风力发电机切入转速附近的励磁控制策略，包括变压器自耦式与非自耦式的励磁控制策略及其应用效果等内容。
2.变速恒频双馈风力发电机的基本原理
变速恒频双馈风力发电机主要由双馈电机、转换器组、发电机控制器及电网等组成。其中，双馈电机是风力发电机的核心部件，它由定子和转子组成。定子上布置着三相绕组，旋转磁场由这三相绕组提供，转子则采用鳍条绕组结构，转子的旋转速度由风车的旋转速度决定。变速恒频双馈风力发电机的基本功率输出方程如下：
P=1.5ρAV3Cp
其中，ρ为空气密度，A为叶片展面积，V为风速，Cp为功率系数。由此可见，在风速较小时，变速恒频双馈发电机输出功率较小，因此需要采用适当的控制策略。
3.励磁控制策略
风力发电机的励磁控制策略主要包括无功控制、主励磁控制和副励磁控制等。变速恒频双馈风力发电机的励磁控制策略可以采用变压器自耦式调速方式和变压器非自耦式方式控制。
3.1变压器自耦式调速方式
变压器自耦式调速方式是指在发电机侧通过自耦变压器改变发电机的励磁电压来实现对发电机输出功率和电网电压的控制。可将其分为初期短路电流与后期变压器调压两个阶段。
3.1.1初期短路电流
在变速恒频双馈风力发电机启动时，为了保证发电机正常启动并保持转速稳定，需要对其进行短路控制。此时，通过电网侧变压器将发电机绕组短路，使其在空载状态下运行，以保持发电机转速的稳定。
3.1.2后期变压器调压阶段
当发电机开始发电后，需要对励磁电压进行调节，以控制其输出功率和电网电压的稳定性。在变压器自耦式调压方式下，可通过改变变压器的中点电压和变比来调整发电机的励磁电压。
3.2变压器非自耦式方式控制
变压器非自耦式方式控制是指通过调节励磁电机的转子电流和电压以实现对发电机输出功率和电网电压的控制。它是一种常见的发电机励磁控制策略，具有调节精度高及稳态性好等优点。其主要过程如下：
3.2.1转子电流测量
在变速恒频双馈风力发电机运行过程中，需要通过电流传感器实时监测转子电流。转子电流的测量可以通过交流电压或电感测量等方式实现。
3.2.2PI控制器设计
PI控制器可以通过比较实际转子电流与给定转子电流之间的差值，来给出对应的电压控制量。根据传统的控制原理，PI控制器的传递函数为：
G(s)=Kp+Ki/s
其中Kp和Ki为控制器参数，s为复变量。通过对PI控制器的参数进行合理调整，可以实现对发电机功率输出及电网电压的稳定控制。
3.2.3功能测试
在设计完PI控制器之后，需要进行功能测试验证其有效性。在测试中，可以模拟不同风速、不同负载下的发电机工作情况，以评价控制系统的性能和鲁棒性。
4.应用效果分析
在实际应用中，变速恒频双馈风力发电机的励磁控制策略不仅能够提高发电效率，还能保证电网的稳定性。根据实际测试结果，经过合理的励磁控制策略调节，可使发电机的转速在切入转速附近能够保持相对稳定，从而实现对发电功率和电网电压的控制。此外，变压器非自耦式方式和变压器自耦式调速方式均可实现对发电机励磁的控制，具有较好的实用性和经济性。因此，在选择控制策略时，可以根据实际情况进行调整，以达到最佳的控制效果。
5.结论
本文围绕变速恒频双馈风力发电机切入转速附近的励磁控制策略展开了研究。在变压器自耦式调速方式和变压器非自耦式方式控制的基础上，分别提出了初期短路电流和后期变压器调压等策略，详细介绍了PI控制器的设计及其应用效果。研究结果表明：变速恒频双馈风力发电机励磁控制策略可以实现对发电功率和电网电压的精确控制，具有较高的实用性和经济性。因此，在实际应用中应根据实际情况选择合适的励磁控制策略，以提高风力发电机的发电效率，降低其对电网安全的影响。