MATLAB风力发电系统变流器的控制策略研究(3)

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我国的风力资源十分丰富，在我国西部例如内蒙古、新疆、甘肃等省区都有许多大风口，此外漫长的海岸线也带来了及其丰富的海上风力资源。本世纪初据中国气象研究科学研究院的初步测算，在陆地离地面10m高度处，风能可开发储量为2.53亿kW，海上可开发储量为7.5亿kW。2007~2010年，我国风机新增装机容量分别是33万kW、615万kW、1380万kW和1892万kW。2010年和2009年相比增幅为38%左右。截至2011年年底，中国风电累积装机容量已达62.364GW，装机容量占世界的1/4，继续占据世界风电最大国地位。更令人振奋的是，2011年中国风电上网电量约可满足4700多万户居民一年的用电量需求，可替代燃烧标煤2200多万t，减少二氧化硫排放量约36万t，减少二氧化碳排放量约7000万t，发展风电的节能减排效益显著。

然而，风的不可控性、不稳定性一定程度上限制了风力发电效率以及规模的提高，为了解决这个技术难题，需要将电力电子硬件技术以及计算机控制技术应用到风力发电领域来。为了实现最大风能捕获运行，风力机已大量采用变桨距控制。而变速恒频(VSCF)的提出与实现保证了风力发电机组的最优运行状态、提高了其使用效率并改善了电网电能质量。在变速恒频技术中双馈异步电机是主要的发电机类型，通过调节风机转子侧变流器的电流给定值，即可实现风机的转速和功率控制，使风力机转速在较大范围内变换且输出功率恒定。当风速小于额定风速时，双馈电机依然能通过控制转速，工作于最大风能捕获状态，保证风能的利用最大化。由于双馈式风力机转子变流器实际提供的功率只是感应电机的转差功率，而直驱式电机的变流器容量需要与定子

输出功率相同。所以双馈式具有变流器容量小，在当今电力电子技术下易实现的优点，可满足大容量机组的需求。

随着我国新能源开发力度的不断加大，风电在电力系统中所占比例不断增加，保证上网风电的质量是必须面对的问题。传统的电力电子装置往往会给电网带来严重的谐波污染。谐波会引起继电器保护和自动装置误动作，对通信设备和电子设备产生严重干扰[2]。鉴于谐波的种种危害，在双馈风力发电机组中采用没有谐波污染的变流器是风电大规模上网的必然要求。

在这种背景下，双PWM变流器应运而生。双PWM变流器采用两个完全对称的三相电压型PWM变流器通过直流母线相连接，整流部分和逆变部分均采用PWM控制，真正实现了能以任意功率因数运行，几乎不产生谐波的“绿色”电能变换 [3][4]。其结构框图如图1-1所示。双馈异步电机双PWM变流器以其结构简单、控制可靠、绿色环保的优点而成为电力电子技术领域的研究热点和必然的发展趋势。

双馈异步电机双PWM变流器控制结构图

图1-1 双馈异步电机双PWM变流器控制结构图

1.2 变速恒频风力发电技术介绍

在风力发电技术方面，目前世界上流行的风电技术大体上可分为恒速恒频 (CSCF)和变速恒频(VSCF)两大类。恒速恒频系统采用同步发电机或感应发电机，不论风速如何变化，系统通过一定的调节，保持风力机转速恒定，从而实现发电频率的恒定。这样，叶尖速比不可能总保持在最佳值，也就不能实现最大风能捕获。风能转换效率也就不高。除此之外，恒速恒频系统是一种刚性机电耦合系统，当风速发生突变时，风力机的叶片将承受较大的扭应力和风力摩擦。为了保持机械转速恒定，巨大的风能还将通过叶片在风力机主轴、齿轮箱和电机等部件上产生很大的机械应力，增加了这些部件的疲劳损坏程度，缩短了使用寿命。并网运行时还会潜在的影响到电力系统的稳定运行。