半直驱风电系统最大功率跟踪和变桨距集成控制

刘广忱，王生铁，张 鸿，田桂珍

(内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010080)

0 引 言

并网风力发电是近十年来国际上发展速度最快的可再生能源技术之一，年均增长率超过25%，2010年底总装机容量达到 194.4 GW［1］。目前，主流风力发电系统(WPGS)可分为基于双馈感应发电机(DFIG)的齿轮驱动型WPGS和基于永磁同步发电机(PMSG)的直接驱动型WPGS两类。前者由于仍然有滑环和电刷，必须定期检修，后期维护工作量大，且不大适合在比较恶劣的环境下运行，一定程度上降低了系统的可靠性;而后者虽然减少了齿轮箱故障，降低了维护费用，但由于直接耦合，PMSG的转速很低，导致PMSG体积庞大，且造价较高。为了克服上述两种WPGS的缺点，芬兰的WinWinD公司提出了一种采用一级齿轮增速和多极中速PMSG的新型WPGS，即所谓的半直驱型WPGS(MWPGS)。该WPGS兼具直驱型WPGS的可靠性及传统多级高速齿轮增速系统的紧凑性，并可显著降低发电机成本、提高发电机效率［2－4］。

MWPGS的结构如图1所示，它包括两个背靠背的全功率PWM变换器，其控制系统主要包括:机侧变换器控制、网侧变换器控制、变桨距控制和偏航控制。其中，机侧变换器实现发电机侧有功、无功功率的解耦控制和最大功率跟踪控制［5－11］;网侧变换器实现输出有功、无功功率的解耦控制和实现低电压穿越［12－16］;变桨距控制限制输出功率，使机组安全稳定运行［17－20］;偏航控制实现风轮跟踪风向及自动解缆控制。

图1 半直驱风力发电系统结构图

本文主要研究最大功率跟踪和变桨距的集成控制策略，以期在随机风速和风力机工况频繁切换条件下，实现半直驱风力发电系统优化及可靠运行。……