李放 戰(zhàn)春雨 姜瀚書

摘 要 近年來，風(fēng)電滲透到電力網(wǎng)絡(luò)得到了國內(nèi)外極大的關(guān)注，風(fēng)能的使用正在迅速增長，隨著近年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟，風(fēng)電在電網(wǎng)中的裝機容量不斷增加，雙饋發(fā)電機以安裝成本低廉，變流器額定功率較低，以及有功和無功功率的可控性強等優(yōu)點成為風(fēng)力發(fā)電機的主流機型。本文根據(jù)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立雙饋發(fā)電機模型，對網(wǎng)側(cè)變流器的特點與功能進(jìn)行分析，并對雙饋感應(yīng)發(fā)電機GSC矢量控制策略進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞 風(fēng)電場；雙饋風(fēng)機；變流器；矢量控制

前言

目前使用的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)構(gòu)。該系統(tǒng)由風(fēng)力機、齒輪箱、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、變壓器及電網(wǎng)組成。雙饋風(fēng)機是借鑒同步發(fā)電機及異步發(fā)電機的優(yōu)缺點，形成的一種發(fā)電機，構(gòu)造與繞線式異步電機類似，通過使用雙PWM變流器結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)勵磁電流完功率成有功及無功雙向流動[1]。本文采用的雙饋風(fēng)力機的模型由組合風(fēng)風(fēng)速模型、風(fēng)力機空氣動力學(xué)模型、發(fā)電機模型及變流器矢量控制模型等部分構(gòu)成。

1 雙饋風(fēng)力機的數(shù)學(xué)模型

雙饋風(fēng)力機的數(shù)學(xué)模型具有多變量、強耦合、高階、非線性的特點，與鼠籠型異步電機相類似，由于不利于計算與分析，因此需要忽略某些條件如下：

如不考慮鐵芯損耗；不考慮溫度波動以及頻率波動對繞組電阻的影響；將轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)折算到定子側(cè)，此時轉(zhuǎn)子與定子繞組匝數(shù)相。不考慮磁路飽和的影響，每一個繞組的自感與互感為固定值；不考慮空間諧波的影響，定子和轉(zhuǎn)子繞組在空間以互差120°電角度對稱分布，其感應(yīng)形成的磁動勢沿氣隙空間按正弦規(guī)律分布等。

在做了上述假設(shè)以后便可得到如圖2-1所示的DFIG的物理模型，本文規(guī)定定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)均采用電動機慣例，即定子電流與轉(zhuǎn)子電流流入繞組為正，由此可得DFIG在abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)定子繞組坐標(biāo)、在空間是處于不動的，而轉(zhuǎn)子繞組坐標(biāo)、伴隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，電角速度是，定子與轉(zhuǎn)子相應(yīng)軸間的夾角為。

因定轉(zhuǎn)子繞組間的互感都和有關(guān)，導(dǎo)致了相關(guān)參數(shù)均是變化，使系統(tǒng)為非線性，又因為是強耦合、高階、多變量，所以用兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系代替abc坐標(biāo)系。

因為dq坐標(biāo)系中，兩坐標(biāo)軸相互垂直成90°角，互感只存在同軸坐標(biāo)中，即繞組間不存在磁鏈耦合關(guān)系，電流、磁鏈等旋轉(zhuǎn)的矢量也由交流量轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髁?，整個數(shù)學(xué)模型由原來的非線性、時變系數(shù)的微分方程轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的常系數(shù)微分方程。

2 雙饋感應(yīng)發(fā)電機的GSC矢量控制技術(shù)

外環(huán)的電壓環(huán)核心功能是調(diào)整穩(wěn)定直流母線電壓，內(nèi)環(huán)的電流環(huán)核心功能為調(diào)整d、q軸的電流。直流母線反饋電壓和直流母線給定電壓值作比較得到一個直流母線電壓偏差，這個偏差經(jīng)PI作用后便產(chǎn)生有功電流分量給定值，而則因GSC穩(wěn)定工作于單位功率因數(shù)，通常令無功電流分量0，與各自對應(yīng)的由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換而來的網(wǎng)側(cè)輸入電流的反饋值、進(jìn)行比較得有功、無功電流分量偏差，偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計算后輸出、，然后和經(jīng)電壓補償計算得到的各自解耦補償項、與電網(wǎng)電壓擾動前饋補償項、分別共同作運算后便可得變換器交流側(cè)參考電壓、。參考電壓、經(jīng)2r/2s變換后得αβ坐標(biāo)系下的電壓分量值、，如此便可進(jìn)行SVPWM調(diào)制，產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號實現(xiàn)對GSC的控制。

3 結(jié)束語

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略，可有效控制直流母線電壓的恒定，以及控制調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，滿足了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對網(wǎng)側(cè)變流器控制方法的要求，為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術(shù)、高電壓穿越技術(shù)及矢量控制技術(shù)提供了理論依據(jù)！

參考文獻(xiàn)

[1] 齊桓若，劉其輝.雙饋風(fēng)機低電壓穿越的改進(jìn)技術(shù)[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，（1）：18.