雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的滑模解耦控制
劉遠(yuǎn)濤1，楊俊華1，謝景鳳1， 劉慧媛1， 吳捷2
（1廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院廣東廣州510006；2華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州51 0641）
摘要：發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率的解耦控制是變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。分析了反饋異步發(fā)電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，基于定子磁場定i句的矢量控制方案，結(jié)合滑模控制與比例積分控制，得到一種有效的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率解耦控制策略。應(yīng)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論研究系統(tǒng)穩(wěn)定性，建立了matlab／simulink環(huán)境_f系統(tǒng)的仿真模型。仿真結(jié)果表明，該控制方法能夠很好地實現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率的解耦控制，驗證r該控制策略及變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)建模的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：雙饋異步發(fā)電機(jī)；矢量控制；滑模解耦控制
中圈分類號：tm 315文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：1673-6540(2010)04-0039-05
0 引 言
風(fēng)能是一種隨機(jī)變化的過程性能源，為提高風(fēng)能的利用率，通常采用變速恒頻發(fā)電方案，交流勵磁變速恒頻雙饋電機(jī)定子繞組直接接工頻電網(wǎng)．轉(zhuǎn)子繞組通過變頻器和電網(wǎng)相連，通過改變轉(zhuǎn)子側(cè)供電電源的頻率、幅值、相位及相序，能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制、****風(fēng)能捕獲控制、發(fā)電機(jī)輸出有功功率和無功功率的解耦控制。和轉(zhuǎn)子繞組相聯(lián)的功率變換器只需處理轉(zhuǎn)差功率，變換器的容量可大大減小。
雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的解耦控制是變速恒頻發(fā)電技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。國內(nèi)、外學(xué)者已經(jīng)做了很多相關(guān)研究，但大多數(shù)采用傳統(tǒng)的pi控制算法。文獻(xiàn)[3]在雙饋異步發(fā)電機(jī)( dfic)有功與無功功率的解耦控制中應(yīng)用了自抗擾控制策略；文獻(xiàn)[4-6]研究了傳統(tǒng)的比例積分( pi)雙閉環(huán)控制策略應(yīng)用于dfic有功與無功功率的解耦控制，外環(huán)為功率控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)。但建模誤差及系統(tǒng)參數(shù)的攝動，給pi參數(shù)的整定帶來困難�，F(xiàn)代控制理論同樣為控制實現(xiàn)提供了更多選擇�；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上是一種不連續(xù)的開關(guān)控制，它要求頻繁、快速地切換系統(tǒng)的控制狀態(tài)，具有快速響應(yīng)、對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感、設(shè)計簡單、易于實現(xiàn)的特點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)巾已有成功應(yīng)用。
在分析雙饋異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和基于定子磁場定向矢量控制的基礎(chǔ)e，將滑�？刂婆c比例積分控制相結(jié)合，給參數(shù)的整定帶來了較火方便，能有效實現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無功功率的解耦，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和魯棒性。采用李雅普諾夫穩(wěn)定性理淪研究了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建立了matlab/simulink環(huán)境下系統(tǒng)的仿真模型，仿真研究結(jié)果驗證控制策略的正確性和有效性。
1 基于定子磁場定向的雙饋發(fā)電機(jī)量控制
雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理框圖如圖1所示。
三相坐標(biāo)系下雙饋發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個時變、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，為實現(xiàn)發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率解耦控制．建立同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型，采用了基于定子磁場定向的矢量控制技術(shù)。
1.1雙饋發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)交流電機(jī)的動態(tài)分析理論，當(dāng)定子側(cè)取發(fā)電機(jī)慣例時，轉(zhuǎn)子側(cè)取電動機(jī)慣例，雙饋發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示如下。
定子電壓方程為：
轉(zhuǎn)子電壓方程為：
定子磁鏈方程為：
轉(zhuǎn)子磁鏈方程為：
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