变速恒频双馈风力发电系统励磁控制策略研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com务l匐化变速恒频双馈风力发电系统励磁控制策略研究Researchofgrid-sideconvertercontrolstrategyforvariable-speedconstant-frequencydoubly-fedwindpowergeneratorsystem姜香菊，刘二林JlANGXiang-ju‘．LlUEr-lin(1．兰州交通大学自动化学院，兰卅l730070；2．兰州交通大学机电工程学院，兰帅l730070)摘要：论文首先总结了目前变速恒频双馈风力发电系统通常采用的定子磁链定向、转子磁链定向和气隙磁场定向控制方式的基本控制原理和存在的

2、一些问题。为了解决这些问题，论文依据双PWM变流器的拓扑结构，设计了基于电网电压定向的矢量控制策略，同时，针对转子侧变流器所要实现的功能，设计了基于定子电压定向的矢量控制策略，最后，论文通过仿真，验证了电压定向的矢量控制策略的正确性。关键词：变速恒频；风力发电；励磁控制；矢量控制；变流器中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1009-0134(2012)03(上)-0095-04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2012．3(．上)．30可调的特点，故其是变速恒频双馈风力发电系统0引言的最佳供电设备。双PWM变流器主电路拓扑结构矢量控制主要分为按定子磁链定向控

3、制、转如图1所示。子磁链定向控制和气隙磁场定向控制等几种u】。变速恒频双馈风力发电系统如果使用转子磁链定向--j臼控制或者气隙磁场定向控制，定子绕组中会存在+漏抗压降，其会在定子的端电压矢量和磁场定向C控制参考轴之间产生相位偏差【24】。这将会使得定j子侧有功功率和无功功率的解耦控制变得复杂，图1双PWM变流器主电路拓扑结构图从而影响控制效果和精度。若使用定子磁链定向矢量控制，则需要对定子磁链进行观测，使得控图1中uu曲、u是三相电网电压通过变流制系统的结构设计复杂化。为了解决以上问题，器后的二次侧相电压，uu、u。分别是转子三相绕组反电动势；L、R分别是交流进线电抗器电论文对风力发电系统常

4、采用的双PWM变流器进行了研究，建立了数学模型，并采用了电压定向矢感和电阻：LR分别是转子单相绕组漏感和电量控制策略对其进行控制。阻；C是直流侧电容。两个PWM变流器通过直流链相连接，直流侧母线电压的稳定靠滤波电容C来1双PWM变流器结构分析实现。变速恒频双馈风力发电系统常用的是双PWM工作过程中，系统通过转子侧变流器向系统变流器(背靠背恒压源变流器)，目前可用于交的转子绕组中输入励磁电流，通过控制该电流的流励磁的变流器主要有交-交变流器和交一直一交变频率来调节发电机转速；控制励磁电流幅值可流器两种。交一交变流器是指无直流环节、直接以调节发电机的无功功率，控制励磁电流的相位将较高固定频率的电

5、压变换为频率较低且频率可时，转子电流产生的旋转磁场在气隙空间的位置变的输出电压的变流器，由反并联的晶闸管相控有一个位移，从而改变了发电机电势与电网电压整流电路组成。该电路所需晶闸管元件数量较相量的相对位置，即改变了发电机的功率角，也多，控制复杂；功率因数较低，特别在低速运行就实现了控制有功功率的目。时，需要适当补偿；且输入、输出特性差，一般用在大型水利发电系统中。交．直一交变流器由于具2变流器控制策略研究有输入、输出特性好，能量双向流动，功率因数2．1网侧变流器控制策略研究收稿日捌：2011-10-17作者简介：姜香菊(1979一)，女，讲师，硕士，研究方向为模式识别、智能控制技术。第34卷

6、第3期2012—03(上)【95】学兔兔www.xuetutu.coml匐化网侧变流器的控制目标是在保持直流母线电压稳定的前提下使交流侧输入电流正弦且相位即功率因数可控。根据对网侧变流器交流侧电流控制方式的不同，网侧变流器的控制策略分为电流开环控制即间接电流控制和电流闭环控制即直接电流控制两大类。本文采用基于电网电压定向的矢量控制策略，经过坐标变换和电网电压矢量定向，通过控制d轴电流分量i鲥的正负便可实现有功功率双向流动；控制q轴电流分量i即可控制无功功率；便可实现d、q轴电流分量i、l‘gq分别控制网侧有功功率和无功功率的目的。网侧变流器电压、电流双闭环控制框图如图2所示。图2中，∞、0分

7、别是电网电压角频率和电图3基于定子电压定向的双馈风力发电机矢量控制框压矢量的相位。有功电流给定值i和无功电流给在功率闭环中，有功指令P由风力机特性根据风定值i。‘以及0。力机最佳转速给出，无功指令Q根据电网需求设图2所示控制框图中，采用双闭环控制策略，定。对转子坐标系下的转子电流进行坐标变换，直流侧电压为外环，交流侧(电网)电流为内环。直可以得到在定子电压定向矢量坐标系下转子电流流侧母线电压给定值Udc与采样