變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)****風能捕獲控制
張志，王清靈， 朱一凡
（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽淮南232001）
摘要：為實現(xiàn)雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻運行和****風能捕獲，探討了****風能捕獲的方法，通過對雙饋發(fā)電機動態(tài)數(shù)學模型的研究，提出了基于定子磁場定向的有功、無功功率解耦控制策略。通過風速變化下的系統(tǒng)仿真驗證了理論的正確性和可行性。
關鍵詞：雙饋發(fā)電機；****風能捕獲；定子磁場定向
中圖分類號：tm315文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)03-0018_04
0 引 言
風能是一種潔凈的可再生能源，風力發(fā)電是新能源中技術最成熟、****開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。在風力發(fā)電技術中，雙饋型變速恒頻風力發(fā)電技術是當前國內(nèi)、外研究的熱點，該技術控制靈活，運行效率高，能在較寬的風速范圍內(nèi)實現(xiàn)****風能捕獲，大大提高了風能的利用率。
本文提出一種既不依賴于風速測量，又具有較高控制精度的****風能捕獲策略，該策略利用風力機特性和雙饋電機功率特性實現(xiàn)定子有功功率的控制，實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)風能****程度地利用。
1 風力機****風能捕獲控制機理
根據(jù)貝茲理論，風力機捕獲的機械功率為
式中：ρ——空氣密度；
v——風速；
sw——風力機掠過的面積；
cp——風力機的功率利用系數(shù)，它是葉尖速比λ和漿葉節(jié)距角β的函數(shù)，λ=ωmr/v；
ωm——風力機機械角速度；
r——風輪半徑。
對于同一臺風力機，在不同啟時總有～個****葉尖速比λopc對應****功率系數(shù)cpmax，此時風力機的捕捉效率****。概言之，對于一個特定的風速，風力機只有運行在一個特定的轉(zhuǎn)速ωw下才能****限度地捕獲風能。圖1是一組在不同風速下定漿距風力機的功率一轉(zhuǎn)速曲線，popt曲線是各風速下****輸出功率點的連接線，稱為****功率曲線，風力機運行在popt曲線上將輸出****功率pmax，其值為
ωg——發(fā)電機機械角速度；
n——齒輪箱增速比。
****風能捕獲過程可由圖1說明：當風速為v1時，風力機穩(wěn)定運行于popt曲線a點，此時風力機輸出功率與發(fā)電機輸入功率平衡，均為pa，風力機穩(wěn)定運行在轉(zhuǎn)速w1上。某時刻風速升高至v2，風力機運行點就會由a點跳至b點，其輸出功率由pa突變至pb。由于慣性作用和調(diào)節(jié)過程的滯后，發(fā)電機仍暫時運行在a點，其輸入功率大于輸出功率，功率的失衡導致轉(zhuǎn)速上升。在轉(zhuǎn)速增加的過程中，風力機和發(fā)電機分別沿著bc和ac段上升，在c點功率重新達到平衡，風力機再次穩(wěn)定運行于popt曲線c點，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在w2：w2為在v2風速下的****轉(zhuǎn)速。
由圖1知，欲使風力機輸出****功率，必須在風速變化時實時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，保持****葉尖速比λopt，進而追蹤popt曲線。在忽略定子鐵耗、機械損耗和轉(zhuǎn)子變頻器損耗的前提下，雙饋發(fā)電機( dfig)的功率關系可表示為：
式中：ps，pe——分別為定子輸出有功功率和電磁功率；
pcus——定子銅耗；
pm——發(fā)電機從風力機端吸收的凈功率。
為實現(xiàn)****風能追蹤控制，使風力機運行在****功率曲線popt上，令式(3)中的pm等于風力機輸出的****機械功率pm |
