基于直接轉(zhuǎn)矩控制雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第2期(總第153期)機械工程與自動化No．22009年4月MECHANICALENGINEER1NG&AUTOMATIONApr．文章編號：1672—6413(2009)02—0127—03基于直接轉(zhuǎn)矩控制的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)張葉明，趙克友(青島大學(xué)自動化X-程學(xué)院，山東青島266071)摘要：在分析雙饋電機(DFIG)數(shù)學(xué)模型和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)基本思想的基礎(chǔ)上，提出了分段控制策略；采用MATLAB／simulink對雙饋風(fēng)力發(fā)電機組從低風(fēng)速到高風(fēng)速的整體運行作了仿真研究。仿真結(jié)果表明分段控制策略是可行的。關(guān)鍵詞：雙饋電機

2、；MATLAB~直接轉(zhuǎn)矩控制；仿真平臺中圖分類號：TM315：TM614文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A0引言／—+m???????．．f≯、隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，雙饋感應(yīng)發(fā)電機l一Li+L，i(DFIG)已成為當(dāng)前大容量風(fēng)力發(fā)電機組中主要的能量其中：R、尺，為定、轉(zhuǎn)子電阻；戶為微分算子；L?L轉(zhuǎn)換設(shè)備，其傳統(tǒng)控制方法是在定子同步坐標(biāo)系下的基L分別為定、轉(zhuǎn)子自感和定轉(zhuǎn)子間的互感。于轉(zhuǎn)子電流的矢量控制，又稱磁場定向控制(FOC)。電機的電磁轉(zhuǎn)矩丁為：FOC要用到大量的坐標(biāo)變換，還須仔細(xì)地調(diào)整控制器參數(shù)，才可確保系統(tǒng)穩(wěn)定和有良好響應(yīng)特性。上世紀(jì)8O丁一號箍lIllsin0。???

3、???(3)年代出現(xiàn)的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)策略，只需對感應(yīng)電其中：為漏磁因子，一(LL，一)／(L，)；”為極機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩做滯環(huán)比較，即可通過適當(dāng)選擇逆變器對數(shù)；lI及l(fā)1分別為定、轉(zhuǎn)子磁鏈幅值；0為定、功率器件的開關(guān)狀態(tài)達(dá)到對電機轉(zhuǎn)矩的直接控制。與轉(zhuǎn)子磁鏈相對于定子坐標(biāo)系a軸的夾角。FOC相比．DTC省去大量坐標(biāo)變換，且不明顯依賴轉(zhuǎn)由式(1)、式(2)容易求得定、轉(zhuǎn)子磁鏈(z—模子參數(shù)，故對轉(zhuǎn)子參數(shù)的變化具有魯棒性，這種控制策型)：略一經(jīng)問世便引起人們的極大關(guān)注。rl一l(“一Ri)dfr1直接轉(zhuǎn)矩控制原理雙饋感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制理論是指電機定子功l一r，I

4、(“，一R～i)dt、J率繞組直接與電網(wǎng)相連，對轉(zhuǎn)子繞組進行控制。在控當(dāng)電機定子(功率)側(cè)直接與穩(wěn)定電網(wǎng)相連時，由于制方法上采用轉(zhuǎn)子磁鏈幅值給定值及轉(zhuǎn)矩的指令值分“幅值和頻率是不變的，導(dǎo)致ll基本恒定(忽略R的別和它們的觀測值做滯環(huán)比較。然后通過開關(guān)表選擇影響)。由式(3)可知，通過改變轉(zhuǎn)子磁鏈在定子磁鏈垂轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器功率器件的開關(guān)狀態(tài)來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的直接控制。直方向上的投影，即I，Isin0，便可達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩之目的。具體說，改變轉(zhuǎn)子磁鏈幅值大小和定、轉(zhuǎn)子磁鏈間在定子靜止的兩相(a)坐標(biāo)系下，以、、i來記電機定子磁鏈、電壓和電流向量；在轉(zhuǎn)子靜止的的夾角，這可通過

5、選擇不同的轉(zhuǎn)子電壓矢量來完成。兩相(a)坐標(biāo)系下，以，、、，．來記轉(zhuǎn)子磁鏈、電2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行策略及仿真2．1整體策略壓和電流向量。根據(jù)電機理論，定轉(zhuǎn)子電壓回路方程和定轉(zhuǎn)子磁鏈方程又可分別表示為：本文仿真中根據(jù)風(fēng)速將系統(tǒng)的運行分為4個區(qū)間：p??????。(1)一R，，+，。?(1)最小轉(zhuǎn)速運行：當(dāng)風(fēng)速為4m／s≤≤6m／s，時，啟動風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。但此時風(fēng)速較小并不進行最收稿日期：2008一l0—21；修回日期：2008一l2—10作者簡介：張葉明(1983一)．男．山東青島人．在讀碩士研究生。學(xué)兔兔www.xuetutu.com·128·機械工程與自動化200

6、9年第2期大風(fēng)能跟蹤，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速被維持在一11．6rad／s(oJ統(tǒng)吸收的功率P，當(dāng)P≥P?一詈P(P和P甜分為風(fēng)輪的最小轉(zhuǎn)速)．葉尖速比為===?R／v(R為風(fēng)別為風(fēng)電系統(tǒng)吸收的最大功率和額定功率)，槳矩角控輪半徑)，此時的葉尖速比并不是最優(yōu)葉尖速比制系統(tǒng)開始動作，進行恒功率控制，并且將風(fēng)輪的轉(zhuǎn)(2)最大風(fēng)能跟蹤：隨著風(fēng)速的不斷增大，當(dāng)風(fēng)速維持在一個恒定值一34．9rad／s。速滿足]~2m／s≥>6m／s時，控制系統(tǒng)將進入第二種2．2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真結(jié)果運行模式。該模式下的控制目標(biāo)是跟蹤最大風(fēng)能，使根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，在我們所風(fēng)輪的風(fēng)能吸收系數(shù)C

7、一C(最大風(fēng)能吸收系數(shù))。建立的仿真平臺上對模式(1)～模式(4)進行了仿真實(3)恒轉(zhuǎn)矩運行：當(dāng)風(fēng)速滿足l2m／s<≤l4m／s驗，風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖見圖1。圖中}，時，進行恒轉(zhuǎn)矩運行。將發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩維持在額定轉(zhuǎn)I和JJ分別為轉(zhuǎn)子磁鏈幅值的指令值和觀測值，r，矩值，此時雙饋電機定子側(cè)的輸出功率維持在額定功和r，分別為電磁轉(zhuǎn)矩的指令值和觀測值，D．和D率。當(dāng)>12m／s后，風(fēng)力機增加的功率主要由轉(zhuǎn)子側(cè)分別為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈滯環(huán)比較器的輸出信號，(Ⅳ)輸出，這樣的好處是可以充分利用轉(zhuǎn)子側(cè)電力電子裝置的容量。為轉(zhuǎn)子磁鏈觀測幅角所在扇區(qū)號，K／P表示對轉(zhuǎn)子磁鏈，

8、進行極坐標(biāo)