矢量控制的雙饋系統結構復雜,性能受電機參數影響,受到異步電機直接轉矩控制的啟發,有的學者致力于研究變速恒頻發電系統的直接功率控制。應用在變速恒頻發電系統的直接功率控制不同于傳統的直接轉矩控制,它通過檢測定子端的量來控制轉子端的開關動作,但控制方法不使用轉子PWM電壓的積分,因此可以穩定工作在零頻率附近,而且該方法不要位置傳感器以及對參數魯棒性強。不同于矢量控制技術,直接功率控制不需要復雜的坐標變換,而是通過控制轉子磁鏈的幅值和相對于定子磁鏈位置,繼而可以通過有功功率和無功功率的PI調節器跟蹤參考值來控制發電機輸出的有功功率和無功功率。
四、其他研究熱點
除了上面提到的一些雙饋異步風力發電系統基本控制策略以外,雙饋變速恒頻異步風力發電系統還有許多研究熱點包括:
1.風力發電系統的軟并網軟解列研究
軟并網和軟解列是目前風力發電系統的一個重要部分。一般的,當電網容量比發電機的容量大得多的時候,可以不考慮發電機并網的沖擊電流,鑒于目前并網運行的發電機組已經發展到兆瓦級水平,所以必須要限制發電機在并網和解列時候的沖擊電流,做到對電網無沖擊或者沖擊最小。
2.無速度傳感器技術在雙饋異步風力發電系統應用的研究
近年,雙饋電機的無位置以及速度傳感器控制成了風力發電領域的一個重要研究方向,在雙饋異步風力發電系統中需要知道電機轉速以及位置信息,但是速度以及位置傳感器的采用提高了成本并且帶來了一些不便。理論上可以通過電機的電壓和電流實時計算出電機的轉速,從而實現無速度傳感器控制。在風力發電系統中,無傳感器控制帶來了以下優點:采用無傳感器使發電機和逆變器之間連線消除,降低了系統成本,增強了控制系統的抗干擾性和可靠性,另外可以減少了電機的軸向尺寸,降低硬件復雜性、總成本以及維護要求。
3.電網故障狀態下風力發電系統不間斷運行等方面
并網型雙饋風力發電機系統的定子繞組連接電網上,在運行過程中,各種原因引起的電網電壓波動,跌落甚至短路故障會影響發電機的不間斷運行。電網發生突然跌落時,發電機將產生較高的瞬時電磁轉矩和電磁功率,可能造成發電機系統的機械損壞或熱損壞,所以三相電網電壓突然跌落時的系統持續運行控制策略的研究是目前研究熱點。
此外,雙饋風力發電系統的頻率穩定以及無功極限方面也是目前研究的熱點。
五、QHVERT-DFIG-1500B風力發電用變流器
北京清能華福風電技術有限公司生產的適配于1.5MW級變速恒頻雙饋異步風力發電系統的QHVERT-DFIG-1500B型變頻器使用三相背靠背電壓型變流器,采用“基于雙DSP的全數字化矢量控制策略”技術對雙饋風力發電機轉子繞組進行勵磁,通過引入坐標變換,將轉子交流量分解成有功分量和無功分量,并對之進行閉環控制,從而實現對發電機有功和無功的解耦控制。其主回路如圖2所示: