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变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究摘要：该文分析了变速恒频双馈风力发电系统的运行区域并针对高低风速区采取不同的控制策略实现低风速区最大风能追踪和高风速区的额定功率保持。关键词：风力发电机组变速恒频控制策略中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-01在当今新能源技术开发中风电成为最成熟、最具开发利用的发电技术。风电机组是风电系统的重要装置直接影响输出电能的质量和效率因此选取合适的控制策略是保证系统安全、高效运行的关键。1变速恒频双馈感应风力发电系统变速恒频双馈感应风力发电系统中风力机通过齿轮箱与发电机转子相连发电机定子直接连接到电网转子通过变频器并网。“双馈”是指发电机的定、转子同时向电网馈电。根据不同的风速风力发电机组主要有五个运行区域如图1所示每个运行区域机组的输出功率不同。图1双馈风力发电机组的运行区域其中A为并网区；B为最大风能追踪（MPPT）区域；C为过渡区；D为功率限制区。E为切出停机区。由于风速的不断变化风电机组运行在不同的运行区域。通常将发电机组的运行策略确定为：低风速区域实现最大风能的追踪或使发电机的转速最大。高风速区域实现发电机组保持额定功率输出。2低风速区风力发电机组的控制策略（1）矢量控制双馈发电机组矢量控制的目标是对发电机中复杂变量间的关系解耦使实现控制变得简单。基于双馈发电机的动态数学模型利用基于定子磁链定向的矢量控制实现有功功率P和无功功率Q的解耦控制再分别对其施行闭环控制实现风电系统的变速恒频运行和最大风能捕获[1]。（2）直接转矩控制（DTC）直接转矩控制是通过对感应发电机的磁链和转矩做滞环比较再适当选择逆变器的开关状态实现对发电机转矩的控制进而实现对发电机最大转速的控制。直接转矩控制的磁链轨迹有两种形式一种正六边形六条边对应于六个电压矢量通过切换逆变器的开关状态实现对磁链轨迹的控制[2]；另一种圆形通过实时计算发电机的转矩和磁链的误差结合定子磁链的空间位置选择相应的开关矢量。（3）滑模变结构控制滑模变结构控制是利用其高速开关特性将系统的相轨迹引导到一个设计好的曲面上使系统的状态变量在设计好的的曲面上做滑模运动。双馈感应发电系统以功率相对误差作为切平面实现误差跟踪和风能最大捕获[3]；以力矩为控制信号解决滑动模切换抖动的问题。3高风速区风力发电机组的控制策略当风速达到或超过额定风速后风力发电机组进入功率限制区。变桨距控制技术是指通过调节桨叶的节距角改变气流对桨叶的攻角进而控制风轮捕获的转矩或者功率在高风速区域通过对桨叶节距角的调整调节发电机的输出功率保持恒定。（1）模糊PID控制。模糊PID控制在双馈风电系统的应用是将控制规则利用模糊集表示成规则库存入到计算机计算机根据实际响应状况进行模糊推理实现对PID参数的最优调整改善了系统的动态性能提高系统的抗干扰性和鲁棒性。给定信号为发电机的限制功率或转速反馈信号与给定信号比较对误差和误差的变化率进行模糊推理对PID参数进行调整后发出桨叶节距角信号控制节距角增大或减小[4]。（2）H∞鲁棒控制。H∞鲁棒控制是指在Hardy空间中通过一些性能指标的无穷范数将被控系统的设计问题转变为H∞范数最小化的问题。在风速和风向不断变化的情况下利用鲁棒控制器设计的转速控制器使发电机在设定好的风速范围内运行实现在低风速区的最大风能追踪和高风速区的保持额定功率控制[5]。4结语该文针对不同运行区域的控制目标分析了风力机特性研究了实现最大风能追踪的控制策略通过调节机组转矩或转速保持最佳叶尖速比追踪最佳功率曲线。在高风速区域对发电机组的变桨距控制技术进行研究并对各控制方式进行分析总结。参考文献[1]张志清灵朱一凡.变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获[J].电机与控制应用201037（4）：18-21.[2]邢作霞郑琼林.双馈变速恒频风力发电机组直接转矩控制[J].辽宁工程技术大学学报200625（4）：556-559.[3]刘远涛杨俊华谢景凤等.双馈风力发电机有功功率和无功功率的滑模解耦控制[J].电机与控制应用201037（4）：39-43.[4]王江.风力发电变桨距控制技术研究[D].合肥：合肥工业大学2009.[5]张先勇吴捷杨金明等.额定风速以上风力发电机组的恒功率H∞鲁棒控制[J].控制理论与应用200825（2）：321-324.