‘电力电子》年期应用装置变速恒频双馈风力发电机的矢量控制研究论一安徽理工大学电气与信息工程学院杨冬郭家虎引言随着科学技术的飞速发展和工业规模的不断扩大源的短缺和环境的恶化已经成为全球性的两大难题。的优势能。风力变速恒频双馈风力发电机的工作原理发电以其无污染性和可再生性日益受到重视近年得到迅速的发展控制。随着电力电子和计算机技术的发展特别是在矢量直接转矩控制等高性能交流电机控制理论出现后。变速恒频发电的实现成为可能在变速恒频风力发电的方。法中交流励磁风力发电方案最具优势实行交流励磁可调量有三个由于双馈发电机一是励磁电流幅值。二是励磁电流的频率。三是励磁电流的相位由于图变速恒频运行原理的励磁电流可调量比同步发电机多了两个控制上更加灵。活改变转子励磁电流的频率可以实现变速恒频图中乓分别为定子转子电流的频率改变转子励磁电流的相位调节无功功率和有功功率可改变发电机的功率角可以为定子磁场的转速子的转速即同步转速为转子磁场相对与转。。利用矢量控制技术综合的改为转子的电转速定由电机学的知识可知变转子励磁电流的相位和幅值。可以实现输出稳定运行时一转子旋转磁场相对静止即有功功率和无功功率的解藕控制由于具有同步发电机所不具备的变速恒频运行能力他使得它在应用中有明显因及几故有—应用装置《电力电子》年期箭十人一厂熟当发电机转速变化时整流器实际上是一个交直流侧均可控的四象限运行变换器可以通过调即可工作于整流状态所示。,又可工作于逆变状从上式可知态。它的基本结构如图节转子励磁电流频率几保持定子输出电能频率就是变速恒频运行的原理。恒定这当发电机亚同步运行时几转子绕组相序与定子相同当发电机超同步运行时几时转子绕组相序与定子相反一当发电机同步速运行图转子进行直流励磁。整流器基本结构双变换器由网侧和转子侧两个变换器组成。各双馈电机的数学模型由于双馈电机是一个高阶自功能相对独立多变量图中靠近电网的变换器称为网侧变换。非线性强藕器靠近转子的变换器称为转子侧变换器网侧变合的机电系统采用近似单变量处理的传统标量控制无论换器的主要功能是实现交流侧输入单位功率因数控制和在各种状态下保持直流环节电压稳定个在控制精度上还是动态性能上远不能达到要求双馈电机的高性能控制为了实现确保转子侧变换器和整应采用磁场定向的矢量变换技,励磁系统可靠工作。转子侧变换器的主要功能是在术。通过坐标变换和磁场定向将定子电流分解成转子侧实现的矢量变换控制确保。输出解藕的双相互解祸的有功分量和无功分量分别控制这两个分量就可以实现有功功率和无功功率进而实现最大风能追踪换器的两个变换器的运行状态可控,变的解祸。均可在整流逆变状态在建立数学模型时等例忽略铁心损耗饱和温度间实现可逆运行器的工作状态由行时实现变换器的能量双向流动两个变换亚同步运转子绕组采用电动机惯例建立在同步旋转坐标系下电压方・巧,定子绕组采用发电机惯一的运行区域决定。当。的数学模型以残一一,。网侧变换器运行在整流状态转子侧变换器运行在一一尺枯,一一妈代妈,,逆变状态当超同步时网侧变换器运行在逆变状态。气妈叮,风礼几以叭转子侧变换器运行在整流状态通过定子磁链定向进行控制的在控制上转子侧变换器是网侧变换器是通过电网电处代凡枯,尸代吸妈压定向进行控制的论。通过对几种变换器的比较可以得到结变换器是用作变速恒频双馈风力发电两电平双磁链方・热几七二一一一气从十交流励磁电源的最具优势的一种变换器具有能量双向流代,凡气灿气与动的能力变换器。且输入输出特性好谐波少是一种绿色妈残转矩方程兀几几二一气礼乓临仿真气弓凡一凡,系统仿真是基于型环境下的仿真模仿真参数双馈电机额定功率额定电、功率方程嘴以阳二巧叮十己气与一宁压同步转速定子电阻二一定子电感一转子电阻以转子电感式中分别为定一直流侧电容。转子电压电流的,轴分量甲甲平平仿真结构图如图行仿真在。的环境下对该模型进可知直流电压很快达到稳,分别为定。转子磁链的轴分量和互感定可得以下波形。由图、转子电阻定状态并保持不变有图图。所示当有功功率有一定由图可以看出利用矢量变的阶跃时无功功率基本不变交流励磁用双讨日变换器随着技术和高速自关断型电力电子器件的成换技术的控制方法可以实现有功功率和无功功率的解藕下转第页应用装置《电力电子》年期一一补偿前后系统侧电流如图所示、和三的系统控制策略。从控制理论的角度设计数字控制器参相系统侧电流分别由补偿前的和数并分析其在应用中存在的局限性。为改善降低到和补偿效果显著即所提稳态补偿精度并兼顾动态响应性能提出电流环控的复合控制策略在不平衡负载下也有较好的谐波抑制作用。制和重复控制并联的复合控制策略。实验结果表明该复合复合控制动态作用控制策略在稳态运行时能将电网电流的值从降到对系统进行了突加突卸实验如图所示。从以下而动态性能仅有半个基波周期的延时。,波形可以看出控制和重复控制并联的复合控制作用决速响应了指令的突变。参考文献略作者简介曹震一男硕士研究生,从事电力电子在电力系统中的应用、有源电力滤波器的研究。谢斌一男博士研究生从事电力电子在电力系统中的应用、有源电力滤波器的研究。图复合控制作用下突加突减负载时电流波形戴坷一男副教授从事电力电子在电力系统中的应用、有源电力滤波器的研究。结论康勇一男教授博士生导师从事电力电子本文详细描述了电容中点式三相四线并联型有源电力与电力传动变换和控制技术研究。滤波器的数学模型并给出了一种同步旋转坐标系下上接第页图无功功率波形图结果证明了所建立的矢量控制系统的正确性应用矢量控制结构简单动态性能好。对在风力发电中有很好的实践意义。图直流电压和定子电压稳态波形并且动态响应快跟随性能好。实现最大风能的追踪。参考文献【陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统结论北京机械工业出版社本文利用构建了一个矢量变换控制技术在风力发电系统中的模型并进行仿真研究通过仿真