摘要：建立了雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)矢量控制系統(tǒng)的控制模型，討論了基丁定子磁場(chǎng)定向的解耦控制方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，驗(yàn)證了控制策略的正確性和有效性。
作為一種新型發(fā)電技術(shù)，雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的變速恒頻的發(fā)電是一種新型的發(fā)電技術(shù)，非常適用于風(fēng)力、水力等綠色能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，尤其是在風(fēng)力發(fā)電方面，變速恒頻體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。
山于雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，流過(guò)轉(zhuǎn)子電路的功率是由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，僅為定予額定功率的一部分，因此其雙向勵(lì)磁變換器的容量?jī)H為發(fā)電機(jī)容量的一小部分，成本將會(huì)大大降低。交流勵(lì)磁雙饋型異步發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制、減小變換器的容量外，在磁場(chǎng)定向矢量控制下還可實(shí)現(xiàn)P、0解禍控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電中的****風(fēng)能追蹤，對(duì)電網(wǎng)而言可起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/DIV>
轉(zhuǎn)子側(cè)PwM變換器的控制對(duì)象是雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(D0ubly—Fed Induction Generator(DFIG))。為了實(shí)現(xiàn)有效控制，必須對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)PwM變換器的控制對(duì)象DFIG進(jìn)行充分r解，以此為基礎(chǔ)來(lái)建立轉(zhuǎn)子側(cè)PwM變換器控制分析的理論基礎(chǔ)。本文研究了轉(zhuǎn)子側(cè)基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制仿真模型，并對(duì)D FIG中各種有功功率之間的關(guān)系進(jìn)行分析，以期找出實(shí)現(xiàn)****風(fēng)能追蹤的DFIG有功功率之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)。
1雙饋發(fā)電機(jī)中雙PwM變換器控制基本原理
該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理如圖1所示，采用的發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，定子繞組直接接人電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由頻率、幅值、相位可調(diào)的電源供給三相低頻勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子中形成一個(gè)低速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速相加等于定子磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。從而在發(fā)電機(jī)定子繞組中感應(yīng)出T頻電壓。
當(dāng)風(fēng)力機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nr，小于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1、時(shí)，雙饋發(fā)電機(jī)處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，雙PWM變換器向轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，定子向電網(wǎng)饋出電能，此時(shí)對(duì)于雙PWM變換器電網(wǎng)側(cè)為整流狀態(tài)，轉(zhuǎn)子側(cè)為逆變狀態(tài)，其控制方法是基于定子磁場(chǎng)定向的矢量變換控制；當(dāng)風(fēng)力機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，大于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1時(shí)，雙饋發(fā)電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，此時(shí)定、轉(zhuǎn)子均向電網(wǎng)饋出電能，此時(shí)對(duì)于雙PwM變換器轉(zhuǎn)子側(cè)為整流狀態(tài)，電網(wǎng)側(cè)為逆變狀態(tài)，其控制方法將采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制方式。當(dāng)風(fēng)力機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，等于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速nr時(shí)，雙PwM變換器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁，此時(shí)電機(jī)作為普通隱極式同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
2基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制方案
與普通的三相交流電機(jī)一樣，三相靜止坐標(biāo)系F DHG的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，很難進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)DFIG有功、無(wú)功功率的有效控制，_-者必須解耦，因而可把交流調(diào)速中的矢量控制技術(shù)應(yīng)用于DFIG的有功、無(wú)功解耦控制中，即通過(guò)坐標(biāo)變換，使轉(zhuǎn)予電流的有功分量與無(wú)功分量實(shí)現(xiàn)解耦，控制轉(zhuǎn)子電流的有功分量和無(wú)功分量就可以實(shí)現(xiàn)DFIG的有功和無(wú)功功率的有效、解耦控制，從而實(shí)現(xiàn)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制目標(biāo)。
首先列寫(xiě)靜止坐標(biāo)系下的DFIG數(shù)學(xué)模型，為了便于分析問(wèn)題，通常作如下的假設(shè)：1)忽略空間諧波，設(shè)三相繞組對(duì)稱(chēng)，在空間中互差120。電角度，所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙按正弦規(guī)律分布；2)忽略磁路飽和，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的；3)忽略鐵心損耗；4)不考慮頻率變化和溫度變化對(duì)繞組電阻的影響；5)如無(wú)特別說(shuō)明，轉(zhuǎn)子側(cè)的參數(shù)都是經(jīng)過(guò)折算到定子側(cè)的參數(shù)，折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等。
(1)電壓方程
三相定子電壓療程為：
式中：uA，uB，uC，ua，ub，uc分別為定、轉(zhuǎn)子相電壓瞬時(shí)值；iA，iB，iC，ia，ib，ic分別為定、轉(zhuǎn)子相電
