李慶　艾艷波　陳康博

【摘要】伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，給能源和生態(tài)造成了巨大的壓力。近年來(lái)，隨著人們思想意識(shí)的不斷提高，人們開始開發(fā)新的可替代能源。在一系列新能源的開發(fā)過(guò)程中，風(fēng)能以其較大的規(guī)模和快速的發(fā)展速度引起了人們的矚目。隨著風(fēng)能的不斷開發(fā)，出現(xiàn)了多個(gè)靠風(fēng)力來(lái)進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)，而在這些系統(tǒng)當(dāng)中，最具特點(diǎn)和效率最高的是直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。采用直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)給人們帶來(lái)了更高的效率，其自身?yè)碛泻?jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和較大的可靠性，對(duì)直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制研究越來(lái)越受到重視。

【關(guān)鍵詞】直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電；民族文化傳承；作用

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們開始意識(shí)到能源在促進(jìn)人類社會(huì)不斷發(fā)展中的重要作用，伴隨著飛速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)，作為人類發(fā)展至今的主要能源的煤和石油等已經(jīng)面臨著枯竭的狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，人們開始研究新能源和可再生能源的開發(fā)和利用。而風(fēng)能以其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在近年來(lái)新能源的開發(fā)過(guò)程中得到廣泛的關(guān)注。對(duì)風(fēng)能的開發(fā)和利用過(guò)程中產(chǎn)生的直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，同時(shí)還減少了污染，因此對(duì)于直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制研究具有重大意義。

一、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

（一）原理。作為變速恒頻變槳風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)種類的直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，英文縮寫為PMSG，人們?cè)趯?duì)其進(jìn)行空過(guò)程中所采用的方案基本上與雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相同，但是卻較之具有更簡(jiǎn)單的構(gòu)造和更高的效率以及更具有可靠性，而且在直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部是直接將發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)進(jìn)行連接的，而增速齒輪箱這一部分直接進(jìn)行了刪減。在直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，于電網(wǎng)相連的發(fā)電機(jī)組是經(jīng)由電力電子功率變換器發(fā)生的，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)送出的電能是非常不穩(wěn)定的，不能夠工人們生產(chǎn)和生活正常使用，因此直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將這個(gè)不穩(wěn)定的電能經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)換，使其能夠產(chǎn)生交流電，而這個(gè)交流電與電網(wǎng)擁有相同頻率和幅值的，這樣一來(lái)這個(gè)不穩(wěn)定的電能就能夠直接進(jìn)入電網(wǎng)[1]。

（二）優(yōu)點(diǎn)。首先，增速齒輪箱的省略，在其他風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中都存在這增速齒輪箱，在發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象，同時(shí)由于增速齒輪箱自身的原因還很容易造成其他儀器發(fā)生問(wèn)題，維護(hù)頻率針對(duì)發(fā)電系統(tǒng)而言是非常重要的，而增速齒輪箱的省略使該頻率得到了保障，使較高的可靠性在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中得以體現(xiàn)；其次，提高了系統(tǒng)效率。在直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中是沒有勵(lì)磁裝置的，這在一定程度上使發(fā)電的效率得到了提升，使風(fēng)速在切入系統(tǒng)的過(guò)程中大大降低，從而也就使系統(tǒng)的運(yùn)行覆蓋面得以增加，對(duì)風(fēng)能的有效利用率得以加強(qiáng)；再次，良好的電網(wǎng)接入功能。在直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中與電網(wǎng)進(jìn)行連接的發(fā)電機(jī)是經(jīng)由電力電子功率變換器來(lái)進(jìn)行的，這就使電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)之間的干擾降低，在發(fā)生故障是能夠互不干擾，使穿透能力在低電壓中得以提升[2]。

二、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制

（一）永磁同步電機(jī)的控制。在對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效控制的過(guò)程中，以兩方面的策略為主，第一，id=0控制策略，首先將三相定子電流合并為一個(gè)單位，并在q軸上定向，此時(shí)假設(shè)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)怯篮悴蛔兊?，沒有去磁效應(yīng)的產(chǎn)生，并且定子電流同電磁轉(zhuǎn)矩為線性的聯(lián)系。這是一種能夠簡(jiǎn)單化電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的方法，然而在id=0的時(shí)候，不是永恒不變的機(jī)端功率的因數(shù)，功率因數(shù)的下降會(huì)因負(fù)載電流的增長(zhǎng)而逐漸減少；第二，恒定氣隙磁鏈控制策略，它的重要優(yōu)勢(shì)在于能夠保證氣隙磁場(chǎng)的永久不變狀態(tài)，使功率因數(shù)始終保持較高的值，但是當(dāng)id≠0時(shí)，這一策略將導(dǎo)致去磁效應(yīng)的產(chǎn)生。

（一）機(jī)側(cè)PWM交流器控制策略。永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度主要是由機(jī)側(cè)PWM交流器來(lái)進(jìn)行控制的，它能夠促進(jìn)風(fēng)機(jī)之上的葉尖速比處于最好的狀態(tài)，使最大功率得以充分觀察和控制，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的掌控要經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)定子電流的相位和幅值進(jìn)行掌控[3]。

（二）網(wǎng)側(cè)PWM逆變器控制策略。網(wǎng)側(cè)PWM逆變器控制的目的是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，具體是為了得到同相位和幅值的電網(wǎng)的交流電要使機(jī)側(cè)變流器整流而來(lái)的直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而此時(shí)，必須要確保穩(wěn)定的是直流母線電壓。對(duì)直流母線下達(dá)的電壓命令要達(dá)到一定數(shù)值，來(lái)保證充足的反向截止電壓能夠供給給開關(guān)。電網(wǎng)電壓的矢量頂箱操控是網(wǎng)側(cè)年便器所應(yīng)用的策略，在d軸上使網(wǎng)側(cè)電壓矢量進(jìn)行定向，單位功率因數(shù)形式處于正常的工作狀態(tài)下，只有有功功率得到了輸出；當(dāng)故障造成電網(wǎng)停止運(yùn)作時(shí)，要使無(wú)功電流命令得到轉(zhuǎn)變，逆變器有功和無(wú)功的多少進(jìn)行調(diào)整[4]。

（三）變槳距控制基本原理。如果風(fēng)速超出了規(guī)定的數(shù)值，要想達(dá)到對(duì)自然風(fēng)被風(fēng)力機(jī)所吸取的能力的有效控制的目的，要使安全貫穿到風(fēng)電系統(tǒng)當(dāng)中，變槳距控制模式應(yīng)該在風(fēng)機(jī)中啟動(dòng)。變槳的意思是使槳距角的大小在風(fēng)力機(jī)葉片得到有效控制的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以此來(lái)轉(zhuǎn)變?nèi)~片的啟動(dòng)特性，這樣做的目的是在風(fēng)速較高時(shí)將風(fēng)機(jī)輸出功率保持在規(guī)定的功率數(shù)額左右。在當(dāng)前的狀況下，三槳葉獨(dú)立變槳結(jié)構(gòu)是被兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組普遍運(yùn)用的，機(jī)組輸出功率、風(fēng)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速都是控制槳距角的量。

結(jié)論

在對(duì)直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究的過(guò)程中，能夠通過(guò)各種有效控制研究方法使其得到較好的應(yīng)用價(jià)值。在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的狀態(tài)下，加強(qiáng)對(duì)新能源的有效開發(fā)和利用具有歷史性的價(jià)值。同時(shí)還能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的能源給世界環(huán)境和生態(tài)造成的嚴(yán)重?fù)p害現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在進(jìn)行新能源開發(fā)的過(guò)程中，直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和使用，以其自身獨(dú)特的特點(diǎn)得到了廣泛的認(rèn)可和支持，在這種情況下，對(duì)直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制研究意義重大。本文通過(guò)對(duì)直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制的研究，對(duì)今后工作中該系統(tǒng)的使用具有重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]束成.直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制研究[D].南京理工大學(xué)，2014.

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[3]趙仁德，王永軍，張加勝.直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，27：106-111.

[4]李源.永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制研究[D].北方工業(yè)大學(xué)，2013.