1引言

近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量保持高速增長(zhǎng)，其中風(fēng)電機(jī)組可以分成兩大類(lèi)：恒速恒頻機(jī)組(constantspeedconstantfrequency，cscf)和變速恒頻機(jī)組(variablespeedconstantfrequency，vscf)。vscf機(jī)組允許風(fēng)力機(jī)根據(jù)風(fēng)速的變化調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種柔性控制策略可吸收陣風(fēng)能量，減少機(jī)械應(yīng)力，同時(shí)風(fēng)力機(jī)可以最大限度地捕獲能量，提高風(fēng)能利用率，這些優(yōu)點(diǎn)都是cscf機(jī)組無(wú)法比擬的，因而vscf技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

vscf機(jī)組主要有雙饋感應(yīng)異步發(fā)電機(jī)組(doublyfedinductiongenerator，dfig)和直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)組(direct-drivenpermanentmagnetsynchronousgenerator，d-pmsg)，其中有刷雙饋發(fā)電機(jī)組是其主流機(jī)組，通常采用高速電機(jī)，需要變速齒輪箱進(jìn)行增速，同時(shí)電機(jī)存在碳刷和滑環(huán)，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不便。而d-pmsg省去齒輪箱，減少機(jī)械傳動(dòng)部件和維修費(fèi)用，增加了系統(tǒng)的可靠性和整體效率，同時(shí)機(jī)組采用全功率變換器，增加系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的能力，所以可以預(yù)測(cè)d-pmsg將成為未來(lái)風(fēng)力發(fā)電的主流。

2風(fēng)力機(jī)建模及其特性模擬

風(fēng)力機(jī)的種類(lèi)繁多，但按照風(fēng)力機(jī)軸的方向可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在商業(yè)運(yùn)行中風(fēng)電系統(tǒng)多采用水平軸風(fēng)力機(jī)。

目前風(fēng)力機(jī)建模主要有基于葉素理論和基于流體能量轉(zhuǎn)換理論兩種方法。葉素理論將葉片分為若干個(gè)微元（葉素），通過(guò)對(duì)葉素的受力分析求得微元轉(zhuǎn)矩，再將所有微元轉(zhuǎn)矩相加得到風(fēng)力機(jī)總的輸出轉(zhuǎn)矩；基于流體能量轉(zhuǎn)換理論是通過(guò)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)公式以及設(shè)計(jì)參數(shù)求得風(fēng)能利用系數(shù)，再根據(jù)風(fēng)能捕獲公式得到風(fēng)力機(jī)輸出功率。以上是針對(duì)風(fēng)力機(jī)靜態(tài)特性的模擬分析，但在實(shí)際系統(tǒng)中風(fēng)力機(jī)還存在動(dòng)態(tài)特性，主要包括塔影效應(yīng)和剪切效應(yīng)，這兩種效應(yīng)會(huì)造成轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，所以要想精確地反映風(fēng)力機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，就必須在建模過(guò)程中考慮風(fēng)力機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。

風(fēng)速模型是風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)中的重要組成部分，風(fēng)速模型決定風(fēng)力機(jī)模擬過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，因此建立可靠的風(fēng)速模型是必要的。目前國(guó)內(nèi)、外許多專(zhuān)家對(duì)風(fēng)速模型進(jìn)行了研究，比如：采用weibull分布建立風(fēng)速模型，并與指數(shù)分布相結(jié)合形成四對(duì)數(shù)混合模型；利用風(fēng)速的湍流效應(yīng)，在平均風(fēng)速分量上疊加湍流分量建立風(fēng)速模型，湍流分量求解則根據(jù)隨機(jī)過(guò)程理論，利用風(fēng)速功率譜和相干函數(shù)，求出風(fēng)速的傅立葉譜，進(jìn)行傅立葉逆變換求得；從功率譜密度出發(fā)建立風(fēng)速模型，采用自回歸滑動(dòng)平均模型（autoregressivemovingaverage，arma）建立了滿(mǎn)足一定功率譜密度特性的風(fēng)速模型。這些模型由于考慮的影響因素比較多，模型過(guò)于復(fù)雜，并且有些參數(shù)獲取比較困難，所以在實(shí)驗(yàn)室中可采用由基本風(fēng)、陣風(fēng)、漸變風(fēng)和隨機(jī)風(fēng)組合而成的四分量風(fēng)速模型，這種模型簡(jiǎn)單，物理意義明確，實(shí)用性比較強(qiáng)。

風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)中原動(dòng)機(jī)通常采用直流電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)控制系統(tǒng)主要采用直流脈寬調(diào)制技術(shù)，根據(jù)計(jì)算所得的最佳轉(zhuǎn)矩，控制直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在風(fēng)力機(jī)特性曲線(xiàn)中的最佳轉(zhuǎn)矩點(diǎn)；異步電機(jī)風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)主要采用矢量控制技術(shù)，對(duì)已解耦的轉(zhuǎn)矩分量控制完成控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)的模擬，但也有采用直接轉(zhuǎn)矩控制策略實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的靈活控制。

3d-pmsg的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

d-pmsg采用全功率變換器，根據(jù)風(fēng)力機(jī)容量的不同，變換器一般可分成低壓系統(tǒng)和中壓系統(tǒng)兩類(lèi)。低壓系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓等級(jí)在690v以下，多采用兩電平結(jié)構(gòu)；中壓系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓等級(jí)在690v以上，采用多電平結(jié)構(gòu)。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓水平通常在690v。

采用背靠背的雙pwm變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，機(jī)側(cè)變換器通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(mppt)，網(wǎng)側(cè)變換器穩(wěn)定直流母線(xiàn)電壓以及調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的有功功率和無(wú)功功率。變換器的解耦控制可靈活實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、效率控制，提高系統(tǒng)運(yùn)行特性。這種結(jié)構(gòu)控制復(fù)雜，大功率igbt數(shù)量多，系統(tǒng)成本偏高，但很好地提高了系統(tǒng)性能，具有一定的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)合肥陽(yáng)光電源有限公司生產(chǎn)型號(hào)為wg2000kfp的2兆瓦全功率變換器即采用這種結(jié)構(gòu)。

對(duì)于變換器并聯(lián)運(yùn)行，可在不增加變換器電壓等級(jí)情況下，增加系統(tǒng)的電流容量，將一個(gè)大容量變換器分解為幾個(gè)較小容量的變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常有兩種方法，一種是將直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的多相繞組分別接到幾個(gè)小容量的變換器上，各變換器在電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行并聯(lián)，在網(wǎng)側(cè)經(jīng)升壓變壓器連接到電網(wǎng)，另外一種是風(fēng)力機(jī)通過(guò)齒輪箱拖動(dòng)多臺(tái)永磁同步發(fā)電機(jī)，再分別通過(guò)小容量變換器在網(wǎng)側(cè)并聯(lián)后，經(jīng)升壓變壓器連接到電網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)減小了單臺(tái)發(fā)電機(jī)和相應(yīng)的電力電子變換器的容量。但這兩種方法都存在傳輸電流大、線(xiàn)路和開(kāi)關(guān)損耗大、升壓變壓器增加成本等缺點(diǎn)。

風(fēng)電系統(tǒng)中多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有中點(diǎn)箝位型變換器(neutralpointclamped，npc)和級(jí)聯(lián)h橋型變換器兩種類(lèi)型。給出了背靠背中點(diǎn)箝位型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是前端和后端均采用中點(diǎn)箝位結(jié)構(gòu)，也可采用前端不控整流后端中點(diǎn)箝位形式的拓?fù)浼s結(jié)構(gòu)。背靠背中點(diǎn)箝位型變換器與兩電平背靠背變換器相比，在相同的直流母線(xiàn)電壓情況下，器件的耐壓水平更高，輸出電壓的諧波更少，因此在2mw以上風(fēng)電系統(tǒng)中，多電平變換器更具有優(yōu)勢(shì)。級(jí)聯(lián)h橋型變換器一般與多相永磁同步發(fā)電機(jī)直接耦合，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要獨(dú)立的直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)箝位功能，隨著輸出波形電平數(shù)的增加，串級(jí)單元使用的直流電源數(shù)也將增加。

4d-pmsg變換器控制策略

4.1最大輸出功率調(diào)節(jié)

d-pmsg在不同風(fēng)速下變速恒頻運(yùn)行狀態(tài)是不同的，在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力機(jī)捕獲的風(fēng)能小于額定功率，為提高風(fēng)力機(jī)運(yùn)行效率，必須調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)mppt；在風(fēng)速等于或大于額定風(fēng)速時(shí)，需要調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的槳距角，對(duì)其捕獲的風(fēng)能進(jìn)行限制，保持額定的輸出功率，并在風(fēng)速大于切出風(fēng)速時(shí)，控制機(jī)組退出運(yùn)行。

目前最大功率點(diǎn)捕捉主要有下面三種方法：

(1)葉尖速比控制。在風(fēng)速變化時(shí)及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速，保持最優(yōu)的葉尖速比和最佳功率輸出，但風(fēng)速檢測(cè)困難，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度低，同時(shí)精確的風(fēng)速計(jì)增加了成本和維護(hù)難度；

(2)功率信號(hào)反饋。將風(fēng)輪機(jī)輸出的功率與風(fēng)速對(duì)應(yīng)起來(lái)，根據(jù)輸出功率與風(fēng)速曲線(xiàn)來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速，但由于每個(gè)風(fēng)輪不同，功率與風(fēng)速曲線(xiàn)很難統(tǒng)一，實(shí)用價(jià)值不高；

(3)爬山搜索法(hillclimbsearching，hcs)。這種方法采用不間斷地對(duì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速施加小的擾動(dòng)，根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的變化確定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增量，通過(guò)反復(fù)搜索直到運(yùn)行于最大功率點(diǎn)其搜索的步長(zhǎng)有固定步長(zhǎng)和變步長(zhǎng)兩種。但是這種方法不適合于大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的風(fēng)機(jī)，同時(shí)存在步長(zhǎng)與系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)效率如何協(xié)調(diào)以及如何避免追蹤錯(cuò)誤轉(zhuǎn)速方向等問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，許多學(xué)者提出了改進(jìn)型hcs法，并與智能控制技術(shù)相結(jié)合，形成了混合控制策略。如利用小信號(hào)擾動(dòng)法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平均功率達(dá)到最大值；依據(jù)灰色理論，利用動(dòng)態(tài)gm(1，1)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，用最小二乘法進(jìn)行擬合，計(jì)算出最大功率點(diǎn)；采用工作點(diǎn)校正模塊和方向監(jiān)測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制策略的訓(xùn)練；研究了模型參考自適應(yīng)方法，將其應(yīng)用于風(fēng)速變化情況下機(jī)組的控制，使風(fēng)力機(jī)獲得最大風(fēng)能；通過(guò)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的離線(xiàn)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了快速的最大風(fēng)能捕獲控制；采用h∞混合靈敏度魯棒控制原理，提高了系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的抗干擾性。

以上解決了風(fēng)速小于額定風(fēng)速情況下風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能捕獲的問(wèn)題，當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，為保證風(fēng)電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，需要對(duì)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行限速，一般通過(guò)控制風(fēng)力機(jī)的槳距角來(lái)降低捕獲的能量。槳距角控制器的設(shè)計(jì)依賴(lài)于風(fēng)力機(jī)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型，通常先進(jìn)行模型的線(xiàn)性化，再設(shè)計(jì)控制器。采用極點(diǎn)配置的方法設(shè)計(jì)了槳距角控制器，其pid控制器在風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)偏離其線(xiàn)性化點(diǎn)時(shí)性能降低，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；對(duì)常規(guī)控制器進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了變?cè)鲆娴目刂破?，隨著風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的變化不斷改變控制器增益，該方法需要精確的風(fēng)速，實(shí)際應(yīng)用中還存在一定困難；采用高次多項(xiàng)式和超越方程模擬風(fēng)機(jī)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性，設(shè)計(jì)了一種基于模糊滑?？刂评碚摰淖兯僮儤嗫刂破鳎哂泻芎敏敯粜?；基于自抗擾控制理論設(shè)計(jì)了變槳距控制器，通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)及風(fēng)速擾動(dòng)，根據(jù)狀態(tài)偏差配置非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，從而獲得良好的動(dòng)態(tài)性能；設(shè)計(jì)了h∞控制器，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證?；谄娈悢z動(dòng)理論和逆系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)了一種非線(xiàn)性槳距角魯棒控制器。

4.2機(jī)側(cè)變換器控制策略

機(jī)側(cè)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可采用二極管不控型器件和全控型器件兩種方式。對(duì)于不控整流型拓?fù)?，整流橋?huì)向電機(jī)注入大量的低頻諧波，電流畸變率很大，通常要采用boost升壓斬波器實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和較寬的電機(jī)調(diào)速范圍。目前boost電路控制策略有采用固定頻率pwm技術(shù)的平均電流控制和采用變頻pwm技術(shù)的峰值電流控制。采用多重并聯(lián)斬波器滿(mǎn)足了兆瓦級(jí)風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)機(jī)組輸入電流諧波含量的要求，但這種兩級(jí)結(jié)構(gòu)降低系統(tǒng)效率。并采用新型單級(jí)z源電路實(shí)現(xiàn)升降壓靈活控制，保證系統(tǒng)較寬范圍變速運(yùn)行和高效率。

對(duì)于機(jī)側(cè)變換器采用全控型器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要研究系統(tǒng)的建模與永磁同步電機(jī)的控制策略。給出了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)及變頻器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)額定容量為2.5mw的機(jī)組特性進(jìn)行了分析。為了改善系統(tǒng)的性能，研究人員對(duì)pmsg的控制策略進(jìn)行研究，大致可分為isd=0控制、單位功率因數(shù)控制、最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制、常定子電壓控制以及效率最優(yōu)控制等策略。isd=0控制策略采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，電磁轉(zhuǎn)矩只與定子電流q軸分量有關(guān)，控制簡(jiǎn)單，無(wú)去磁作用，但電機(jī)功率因數(shù)低，電機(jī)和變換器的容量不能充分利用。單位功率因數(shù)控制可克服上述策略的缺點(diǎn)，但電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小。最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制也稱(chēng)為定子電流最小控制，即單位定子電流下電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最大，這種控制方法可減少電機(jī)銅耗，提高系統(tǒng)功率因數(shù)和容量。常定子電壓定向控制采用定子電壓定向的矢量控制，通過(guò)電壓、功率外環(huán)和定子電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出功率的控制和對(duì)風(fēng)能最大限度捕獲。采用效率最優(yōu)控制，通過(guò)電機(jī)鐵耗、銅耗、機(jī)械損耗與變換器損耗的最小值與isd之間的關(guān)系計(jì)算出isd的給定值，控制器對(duì)isd和電機(jī)輸出功率的控制，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)最小損耗和mppt的控制。同時(shí)也有學(xué)者將無(wú)速度傳感器控制策略應(yīng)用到風(fēng)電機(jī)組中，提出利用直流母線(xiàn)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)速觀測(cè)，并根據(jù)網(wǎng)側(cè)功率直接控制實(shí)現(xiàn)mppt。

4.3網(wǎng)側(cè)變換器控制策略

由于風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用三相電壓型pwm整流器，所以?xún)烧呖刂撇呗钥梢韵嗷ソ梃b。目前pwm整流器控制策略主要有“間接電流控制”和“直接電流控制”，其中后者以快速的電流響應(yīng)和較好的魯棒性得到了廣泛應(yīng)用，具體控制策略有：矢量控制、狀態(tài)反饋控制、預(yù)測(cè)電流控制等線(xiàn)性控制，以及滯環(huán)電流控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等非線(xiàn)性控制。矢量控制應(yīng)用最為廣泛，主要有基于電網(wǎng)電壓控制策略和基于虛擬磁鏈的控制策略，前者包括電壓定向控制和直接功率控制，后者包括虛擬磁鏈定向控制和虛擬磁鏈直接功率控制。

在大功率風(fēng)電機(jī)組中并網(wǎng)逆變器如果采用傳統(tǒng)的一階電感濾波，必須使用較大的電感量才能保證濾波效果，同時(shí)帶來(lái)體積大，成本高的缺點(diǎn)，所以有學(xué)者研究lcl濾波器在大功率風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用。lcl濾波器可以在較小的濾波器參數(shù)下保持優(yōu)越的濾波性能，但其零阻抗諧振點(diǎn)影響了系統(tǒng)穩(wěn)定性，需要進(jìn)行諧振阻尼控制，其方法有無(wú)源阻尼和有源阻尼。無(wú)源阻尼通過(guò)在電容上串聯(lián)電阻來(lái)衰減諧振作用，這種方法穩(wěn)定可靠，但系統(tǒng)存在附加損耗；有源阻尼通過(guò)修正控制算法消除諧振作用，如采用電容電壓超前校正，并結(jié)合電網(wǎng)電壓電流雙前饋補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)諧振的阻尼，引入電容電流反饋，并提出了利用相位超前濾波器對(duì)延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?。由于直接功率控制沒(méi)有電流環(huán)，所以也有學(xué)者研究基于直接功率控制的阻尼控制策略。阻尼算法一般需要增加傳感器，對(duì)于無(wú)傳感器阻尼算法的研究也有實(shí)際意義，同時(shí)有源阻尼特別是不平衡控制時(shí)阻尼方法成為研究熱點(diǎn)。

采用變換器并聯(lián)運(yùn)行方式可增大機(jī)組單機(jī)容量，這也是目前低電壓等級(jí)下實(shí)現(xiàn)大功率的一種方法，但是變換器參數(shù)的差異將產(chǎn)生零序環(huán)流，環(huán)流會(huì)增加損耗，甚至損壞變換器，因此并聯(lián)模塊之間要進(jìn)行均流。一般可采用阻斷環(huán)流通路來(lái)抑制環(huán)流，也有通過(guò)多繞組變壓器在交流側(cè)進(jìn)行電氣隔離，這種傳統(tǒng)方法要增加額外的器件，于是有學(xué)者研究采用新型控制算法實(shí)現(xiàn)零序環(huán)流的抑制。提出了一種基于零軸電流反饋控制的零序電流控制策略，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明算法可以很好地抑制零序環(huán)流。采用載波移相調(diào)制技術(shù)，對(duì)總電流輸出外環(huán)和環(huán)流內(nèi)環(huán)進(jìn)行控制，從而抑制環(huán)流并改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。

5d-pmsg的lvrt控制策略

5.1我國(guó)lvrt標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)力機(jī)組在電網(wǎng)發(fā)生故障或擾動(dòng)時(shí)，引起風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落，但機(jī)組在一定電壓跌落范圍內(nèi)仍能不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，并向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)正常。圖3所示了我國(guó)起草的《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（2009修訂稿）中對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的低電壓穿越要求。

通過(guò)對(duì)比丹麥、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)的lvrt標(biāo)準(zhǔn)，可以看出我國(guó)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的lvrt能力要求偏低，同時(shí)還缺少對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償、調(diào)峰調(diào)頻能力、保護(hù)配置等方面的規(guī)定。

5.2pmsg的lvrt控制方案

d-pmsg通常采用全功率背靠背變流器，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)的隔離，同時(shí)系統(tǒng)也具備靈活的無(wú)功控制能力，因此在低電壓穿越能力上較雙饋型機(jī)組具有更大的優(yōu)勢(shì)。

d-pmsg在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由于變換器的熱容量有限，直流環(huán)節(jié)輸入、輸出功率不平衡，多余的能量對(duì)母線(xiàn)電容進(jìn)行充電，導(dǎo)致直流環(huán)節(jié)過(guò)電壓。目前常見(jiàn)抑制母線(xiàn)電壓增加的方法主要有：直流環(huán)節(jié)增加crowbar電路、限制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等方法。

在直流環(huán)節(jié)增加過(guò)壓保護(hù)電路，在故障期間由crowbar電路吸收多余的能量，介紹和對(duì)比了幾種直流側(cè)crowbar電路，有增加卸荷電路、buck電路、輔助變換器等方式，這幾種方法都增加了額外器件，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝帶來(lái)問(wèn)題，同時(shí)增加控制算法，影響整機(jī)的性能。提出了在電網(wǎng)故障時(shí)限制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)限制輸入到直流環(huán)節(jié)的功率，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的低電壓穿越。這種方法將直流環(huán)節(jié)的功率不平衡轉(zhuǎn)移到風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間，利用旋轉(zhuǎn)元件的緩沖儲(chǔ)能效應(yīng)，但在風(fēng)力機(jī)輸出功率不變情況下，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)加速，從而引發(fā)風(fēng)機(jī)的槳距控制器，對(duì)風(fēng)能捕獲進(jìn)行限制。

目前還有學(xué)者研究了在電網(wǎng)故障時(shí)變換器對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功支持能力，在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，網(wǎng)側(cè)變換器運(yùn)行于statcom模式，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落的幅度對(duì)有功和無(wú)功電流的給定值重新分配，但由于變換器輸出電流同時(shí)要維持直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定，變換器所能提供給電網(wǎng)的無(wú)功功率有限，故不能完全體現(xiàn)全功率變換器的優(yōu)點(diǎn)。于是有學(xué)者研究網(wǎng)側(cè)變換器在電網(wǎng)故障下提供額定電流來(lái)輸出無(wú)功功率，采用新型控制策略，機(jī)側(cè)變換器控制直流母線(xiàn)電壓和電機(jī)定子電壓，網(wǎng)側(cè)變換器控制流向電網(wǎng)的有功、無(wú)功功率，從而確保向電網(wǎng)提供最大限度的無(wú)功支持。

6風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)研究

越來(lái)越多的風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，其輸出功率的波動(dòng)和機(jī)組固有特性影響了電網(wǎng)電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動(dòng)、閃變、頻率偏差、公網(wǎng)諧波污染、電網(wǎng)不平衡等，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性、調(diào)峰調(diào)頻以及電網(wǎng)調(diào)度都有影響。所以要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接入后的電網(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量和穩(wěn)定性分析，以保證其符合iec和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

目前風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)時(shí)為改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，一般要設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)抑制電壓波動(dòng)和閃變，如增加并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置、靜止無(wú)功補(bǔ)償器、有源濾波器等，這種方法可快速補(bǔ)償無(wú)功，并維持風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)電壓的穩(wěn)定，但不能調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率。于是有學(xué)者研究利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)控制風(fēng)力發(fā)電輸出的有功功率，如采用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(batteryenergystoragesystem，bess)與風(fēng)力發(fā)電單元結(jié)合，減少風(fēng)電場(chǎng)輸出波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。將超級(jí)電容器組作為儲(chǔ)能設(shè)備，介紹了風(fēng)電場(chǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)并提出了能量管理控制策略，從而有效抑制風(fēng)電場(chǎng)有功、無(wú)功功率波動(dòng)。將柔性交流輸電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)用到風(fēng)電場(chǎng)以提高其運(yùn)行的電能質(zhì)量。

隨著風(fēng)電容量占系統(tǒng)比例的增加，風(fēng)電場(chǎng)輸出的不穩(wěn)定性給電力系統(tǒng)帶來(lái)明顯的影響，比如：風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功特性可能引起電壓失穩(wěn)，甚至電壓崩潰；風(fēng)電場(chǎng)與其它發(fā)電方式組成孤立電網(wǎng)時(shí)，可影響電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性；同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)注入的功率改變?cè)邢到y(tǒng)的潮流分布和功率流向，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上述無(wú)功補(bǔ)償裝置可解決這些問(wèn)題，同時(shí)還可通過(guò)無(wú)功潮流優(yōu)化分布、加強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方法提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行具有重要的意義，有利于制定合理調(diào)度計(jì)劃。目前預(yù)測(cè)方法多基于時(shí)間序列、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波等算法，如德國(guó)iset開(kāi)發(fā)的wpms系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，其預(yù)測(cè)均方根誤差為裝機(jī)容量的7%～19%。以上功率預(yù)測(cè)的方法基于統(tǒng)計(jì)原理，需要樣本數(shù)據(jù)，對(duì)新建風(fēng)電場(chǎng)的功率預(yù)測(cè)存在困難，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者采用基于物理原理的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法，如德國(guó)oldenburg大學(xué)開(kāi)發(fā)的previento系統(tǒng)，其預(yù)測(cè)均方根誤差低于裝機(jī)容量的10%，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有類(lèi)似的系統(tǒng)應(yīng)用范例，但對(duì)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的物理方法進(jìn)行研究，并提出了適用于電網(wǎng)預(yù)測(cè)方法，為工程應(yīng)用提供了參考。

7結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了與直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的控制技術(shù)，重點(diǎn)闡述了全功率變換器的控制策略，并分析了機(jī)組低電壓穿越和風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)，可以看出國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了很多研究，為其更好地推廣應(yīng)用提供理論支持。