变速恒频风力发电系统的仿真研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第3期电力科学与工程V01．23．N0-32007年7月ElectricPowerScienceandEngineeringJul一2007变速恒频风力发电系统的仿真研究李亚林，李含善，任永峰，王政(内蒙古工业大学信息工程学院，内蒙古呼和浩特010051)摘要：从交流励磁双馈发电机的数学模型出发，介绍了双馈发电机定子磁链定向矢量控制技术，推导了变速恒频双馈风力发电机空载并网的控制策略。在Matlab／Simulink环境下建立了系统模型，进行了发电机空载并网

2、、最大风能追踪、有功无功独立调节等情况的仿真研究，仿真结果验证了控制方案的可行性。关键词：风力发电；变速恒频；定子磁链定向；并网控制中图分类号：TM315文献标识码：A、●0引言1双馈发电机定子磁链定向矢量控制原理变速恒频发电技术在原动机输出功率经常变化双馈发电机基本结构与绕线式异步电动机相的场合，如水电，潮汐发电和风力发电等领域比恒似，假定：(1)忽略定、转子电流高次谐波分量；速恒频发电技术更具有优势。在风力发电中，变速(2)忽略电机铁心磁滞、涡流损耗及磁路饱和影响：恒频风力发电技术由于可以提高风能转换效率，减

3、(3)电机定子并入无穷大电网；(4)转子侧各量折少风力机机械磨损等优点，而得到广泛应用⋯。算到定子侧；(5)各物理量按照电动机惯例选取。交流励磁双馈风力发电系统是目前具有广泛同步旋转由坐标系下双馈发电机的数学模型为应用前景的变速恒频风力发电技术]。由于励磁定子电压方程：{uas=Rsi．as+．p~as-．co(1)变频器只传递转差功率，降低了变频器的容量，【Uqs：l~slqstp~qstO)!从而降低了变频器成本，尤其适合Mw级风力发电应用。通过调节转子励磁电流的幅值、相位和转子电压方程：{R。_纰(2)频率

4、，能够实现发电机同步转速上下较大范围内的变速恒频运行。在风速变化的情况下，实时调＼dLsia,+Lmi打定子磁链方程：(3)节风力机转速，使其始终运行在最佳转速上，实【=L,iq+，现了最大风能追踪控制；通过矢量变换控制，可＼dT=Lmia,+Lri以独立调节发电机输出的有功和无功功率，不仅转子磁链方程：【，=三i+三，iq，(4)能够补偿电网的无功需求，还能提高电力系统的动静态性能I4】。转舫程糯动施{,ia,-ia,iq(5)本文在分析双馈发电机动态数学模型和定子磁链定向矢量控制原理的基础上，推导了空载并网控

5、式中，Uqs，‰，为定转子电压力轴分量；，iq,，制策略，建立了发电机空载并网和发电运行仿真模，i为定转子电流由轴分量；，，，，为型，并对仿真结果进行了分析。定转子由轴磁链；R，R，为定转子绕组各相电阻；收稿日期：2007-04-12．基金项目：内蒙古自治区科技攻关项目(20030502)．作者简介：李亚林(1979一)，男，内蒙古工业大学信息工程学院硕士研究生维普资讯http://www.cqvip.com2电力科学与工程2007正=厶，厶，为定转子绕组在由坐标系下的等效自感将d轴与定子磁链方向重合。此时，，-

6、和互感；CO为发电机的同步角速度；CO为发电机-0，Uq~=U，Uas=0。代入式(1)、(3)，得：转速；CO为转差频率；为发电机极对数；J为发电机转动惯量；死为风力机输出机械转矩；P为微(7)分算子。定子磁链定向矢量控制坐标系如图1所示。(8)-l{骞)妻(9)图1定子磁链定向矢量控制坐标系式中o--1一静为漏磁系数。将磁链方程(3)、(4)带入电压方程(1)、(2)将式(9)代入式(2)，得：得到定、转子电压电流之间的关系：f“出=(兄+)一colL‘+三一{pia,-oo~Liq，{luUaq,r=(R，

7、r+oLrp)ia,，+Auar(10)l“=∞1L+(尺+L,p)iq,+colL-CO‘，，式中lU=p一coLiq+(尺，+Lp)ia,一∞正‘，IAu=一，COiq，【“=∞L+厶0+∞L+(尺，+L,p)iq，Lm吼(11)：丁发电机在稳态运行时，定子电压频率即为电网频率，定子电阻压=降远比定子电抗电压和电机反电式中△‰，△为转子电流交叉耦合电压项，引入前势小，定子电阻可以忽略不计，即R=O，此时发馈补偿以消除稳态跟随误差，提高了控制精度和动；耋1电机感应电动势近似等于定子电压U，定子绕组总态响应的快速

8、性。磁链与定子电压相位相差90。。所以采用定子磁链根据以上推导，可以得到双馈发电机定子磁链定向，将使双馈电机矢量控制系统大为简化。定向矢量控制系统原理框图，如图2。图2定子磁链定向矢量控制原理框图维普资讯http://www.cqvip.com第3期李亚林，等变速恒频风力发电系统的仿真研究外环为转速环：以根据当前风速计算出对应于随电网电压；当发电机输出电压与电网电压在幅风