0　引　言
        双馈感应发电机可实现变速恒频运行,具有 优越的稳态和暂态运行性能及相对较小的励磁容 量,特别适用于风力、变水头水力发电及抽水蓄能 等可再生能源发电系统。与此同时,通过最佳原 动机效率跟踪控制还能提高风电机组的风能利用 率。因此www.cechina.cn,双馈感应发电机已成为主流应用的风 力发电机[ 128 ] 。
        随着风电机组单机容量的增大,其并网冲击 问题越来越受到人们的重视[ 8211 ] 。过大的冲击不 仅会引起电网电压大幅下降,还可能对发电机组机械部件(例如: 塔架、桨叶、增速器等)造成损 坏。如果并网冲击时间持续过长,可能威胁其他 挂网机组的正常运行甚至导致系统崩溃。因此www.cechina.cn, 采用合理可行的并网技术是个不可忽视的问题。 文献[ 9, 10 ]介绍了变速恒频风力发电机软 并网控制的方法。现有方案模拟传统同步发电机 准同期并网的方法。发电机并网前,通过适当的 励磁控制产生与电网电压相序、幅值、频率及相位 相同的定子空载电压。当检测到发电机满足同期 并网条件后立即合闸并网,并网过程无冲击。但 是这些方案均要求实时检测定子与电网电压,并 判定发电机是否满足同期并网条件,增加了控制 器的硬件和软件的复杂性。为满足无冲击并网的 要求,进一步提高系统的技术与经济性能控制工程网版权所有,有必要 对双馈感应发电机的并网控制技术进行深入研究。 由于具有变速恒频运行、有功无功解耦、抗扰 动能力强及动态性能良好等优点,目前并网运行 的双馈感应风力发电机通常采用矢量控制策略对 定子有功、无功功率进行控制。在此基础上风电 机组能够实现最佳风能跟踪运行,并对电网无功 功率提供支持[ 4, 6, 12, 13 ] 。能否在现有矢量控制系 统的基础上进行适当修改,满足发电机安全、快速 并网的要求控制工程网版权所有,基于这种基本思想,本文结合双馈风 力发电机的运行特点控制工程网版权所有,对通用定子功率矢量控制 算法进行了适当调整,实现发电机快速、安全并网 运行。与传统并网技术不同,本文分析的双馈发 电机准同期并网技术既可以避免系统增加新的硬 件,又可以简化控制算法,具有一定的技术和经济 优势。
        1　矢量控制原理
        作为双馈感应风力发电机准同期并网技术的 基础,有必要首先对矢量控制原理进行简单介绍。 双馈感应风力发电系统如图1所示,励磁电源由 两个脉宽调制( PWM)变频器经中间直流环节连 接而成。由于PWM变频器的电压与电流能够在 四象限内任意调节, 因此通过适当地控制, 双 PWM变频器既能由转子从电网输入功率,也可向 电网输出功率,实现能量双向流动。
        励磁电源中电网侧变频器的主要功能是控制 中间直流母线电压同时调节网侧变频器的功率因 数CONTROL ENGINEERING China版权所有,而发电机的实际运行状态则是通过转子侧变图1　双馈感应风力发电系统 频器进行控制。

        转子侧变频器一般采用定子磁链定向的矢量 控制策略。图2表明了定子磁链与参考轴系的关 系。其中d轴与定子磁链重合,而q轴滞后d轴 90°电角度。在定子磁链定向条件下,发电机转子 电流的dq轴分量与定子电流的dq轴分量之间存 在一一对应的关系。通过转子励磁电压分别控制 转子电流dq轴分量,即可达到控制定子无功与有 功功率的目的。
        

        基于定子磁链定向的矢量控制器原理框图如 图3所示。控制器采用双闭环结构,内环是转子 电流控制环,而外环则是定子有功与无功功率控 制环。其中电流内环引入了去耦补偿项,以消除
        d、q轴耦合量对转子电流控制的影响。为实现最 佳风能跟踪运行,根据风力机机械特性可计算出 最大风能利用系数条件下发电机定子有功与转速 的关系: Ps = f (ωr ) 。将该特性作为发电机的机械 特性进行控制,在与风机机械特性的共同作用下, 发电机组能够在一定风速变化范围内尽量