双馈发电机双pwm变换器转子侧控制方案的仿真研究

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1、双馈发电机双PWM变换器转子侧控制方案的仿真研究杨霞，杜继光，杨波(沈阳工业大学，辽宁沈阳110178)摘要：建立了双馈发电机转子侧矢量控制系统的控制模型，讨论了基于定子磁场定向的解耦控制方法，在此基础上对系统进行了仿真，通过对仿真结果的分析，验证了控制策略的正确性和有效性。关键词：双馈发电机；双PWM变换器；矢量控制0引言作为一种新型发电技术，双馈发电机实现的变速恒频的发电是一种新型的发电技术，非常适用于风力、水力等绿色能源开发领域，尤其是在风力发电方面，变速恒频体现出了显著的优越性和广阔的应用前景。由于双馈发电机变速恒

2、频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由发电机的转速运行范围所决定的转差功率，仅为定子额定功率的一部分，因此其双向励磁变换器的容量仅为发电机容量的一小部分，成本将会大大降低。交流励磁双馈型异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变换器的容量外，在磁场定向矢量控制下还可实现P、Q解祸控制，进而实现风力发电中的最大风能追踪，对电网而言可起到无功补偿的作用。转子侧PWM变换器的控制对象是双馈感应发电机(Doubly．FedInductionGenerator(DFIG))。为了实现有效控制，必须对转子侧PWM

3、变换器的控制对象DFIG进行充分了解，以此为基础来建立转子侧PWM变换器控制分析的理论基础。本文研究了转子侧基于定子磁场定向的矢量控制仿真模型，并对DFIG中各种有功功率之间的关系进行分析，以期找出实现最大风能追踪的DFIG有功功率之间的关系，实现控制系统的有效设计。1双馈发电机中双PWM变换器控制基本原理该风力发电系统的原理如图1所示，采用的发电机为转子交流励磁的双馈感应发电机，定子绕组直接接人电网，转子绕组由频率、幅值、相位可调的电源供给三相低频励磁电流，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场旋转速度与转子的机械转速相

4、加等于定子磁场的同步转速。从而在发电机定子绕组中感应出工频电压。图1双PWM型变换器基本控制原理图．173．当风力机拖动发电机转子转速n，小于发电机同步转速n、时，双馈发电机处于亚同步运行状态，此时转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，双PWM变换器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能，此时对于双PWM变换器电网侧为整流状态，转子侧为逆变状态，其控制方法是基于定子磁场定向的矢量变换控制；当风力机拖动发电机转子转速n，大于发电机

5、一J步转速n．时，双馈发电机处于超同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向

6、与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能，此时对于双PWM变换器转子侧为整流状态，电网侧为逆变状态，其控制方法将采用电网电压定向矢量控制方式。当风力机拖动发电机转子转速n，等于发电机同步转速n．时，双PWM变换器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。2基于定子磁场定向的矢量控制方案与普通的三相交流电机一样，三相静止坐标系下DFIG的数学模型是一个高阶、多变量、非线性、强耦合的系统，很难进行控制系统的分析与设计。为了实现对DFIG有功、无功功率的有效控制，二者必须解耦，因而可把交流调速中的矢量控制

7、技术应用于DFIG的有功、无功解耦控制中，即通过坐标变换，使转子电流的有功分量与无功分量实现解耦，控制转子电流的有功分量和无功分量就可以实现DFIG的有功和无功功率的有效、解耦控制，从而实现变速恒频双馈风力发电系统的控制目标。首先列写静止坐标系下的DFIG数学模型，为了便于分析问题，通常作如下的假设：1)忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120。电角度，所产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布；2)忽略磁路饱和，认为各绕组的自感和互感都是恒定的；3)忽略铁心损耗；4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响；5)如无特别

8、说明，转子侧的参数都是经过折算到定子侧的参数，折算后的定子和转子绕组匝数相等。(1)电压方程三相定子电压方程为：三相转子电压方程：肾眠+等％：R咕+掣(1)dt铲愿fc+等式中：％，％，uc，“。，％，u。分别为定、转子相电压瞬时值；iA，iB，ic，i口，f6，jc分别为定、转子相电流瞬时值；∥一，∥口，沙c，％，gtb，虬分别为定、转子各项绕组磁链。．174．饥百盟衍妣百+．k．嵋．0肆B彤=将其转化为矩阵形式：(2)磁链方程其中：k=U=Ri+py阱匮ⅦZsr]Uis]‰+k一三k一扛一三I‰k+k一言‰一圭kk+瓦

9、Lsr=巧s=L。COSBCOS(Or+120。1cos(O，．一120。)，LⅣ=cos(ar一120。)COS见COS(Or+120。1￡。，+乓一三厶，一圭k，一j1厶，Zmr+。一三k，一兰k，一圭厶，k+bCOS(Or+120。1COS(Or一120。)COS包(3)(4)式中：‰是定子一相绕