变速恒频风电机组有功无功控制分析

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1、第24卷第8期电力科学与工程Vo1．24．No．8Oct．．200892008年l0月ElectricPowerScienceandEngineering变速恒频风电机组有功无功控制分析张照彦，邓冠宇，王兴武，张松涛(保定华仿科技有限公司，河北保定071051)摘要：分析并建立了双馈异步发电机的数学模型；在分析双馈异步发电机有功功率、无功功率解耦控制的基础上，给出了基于定子磁场定向控制策略的实现方案；最后在STAR一90仿真支撑系统上对该控制方案进行了仿真实验。仿真实验结果表明，该控制策略能够有效地实现双馈异步发电机功率的解耦控制，对实际风电机组的运行具有参考意义。关键词：仿真支撑

2、平台；变速恒频；双馈异步发电机；解耦控制中图分类号：TP319；TP391．9；TM614文献标识码：A0引言变速恒频发电方式，可使发电机组与电网系统之间实现良好的柔性连接，比恒速恒频发电系统更易实变速恒频发电技术，是最近几年被成熟应用的现并网操作及运行。一种新型发电技术。它将电力电子技术、矢量变换本文从交流励磁变速恒频发电原理出发，根据控制技术和计算机信息处理技术引入发电机控制之双馈型异步发电机的特性，建立双馈异步发电机的中，改变了恒速恒频的传统发电概念，在水利发数学模型。采用定子磁链定向的矢量变换控制技电、能量随机变化的风力发电，以及舰船、飞机、术，对发电机转子进行交流励磁，实

3、现发电机有车辆等变速主轴驱动的特殊发电场合中得到越来越功、无功的解耦控制。广泛的应用，并表现出了高效的运行性能，成为电力技术研究的热点。1双馈异步发电机数学模型风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源。风力机在不同风速下有一个最佳的运行转速，目前，一些异步发电机的模型为转子转速的函此时对风能的捕获效率最高，所以应控制风力发电数，因此状态空间方程(电压方程)的系数可用来机组运行在这个优化的转速下。传统的恒速恒频发描述时变(转子处于静止状态除外)异步发电机的电方式由于只能固定运行在同步转速上，风速变化特性。在模型中，经常用变量的变化来降低状态控时，风力机就会偏离最佳运行的转速，导致运行

4、效制方程的复杂性。率下降。变速恒频发电则是在异步发电机的转子侧双馈异步发电机的电压方程为施加三相低频电流实现交流励磁，通过控制励磁电R00000d流的幅值、频率、相位，来实现输出电能恒频恒0R0000压；同时采用矢量变化控制技术，实现发电机输出00见000。+告有功功率、无功功率的解耦控制。控制有功功率可000JR，O0d调节风电机组转速，实现最大风能捕获的追踪控0000R，0制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高风电00000，机组及所并电网系统的动、静态运行稳定性。采用收稿日期：2008—05—10．作者简介：张照彦(1979一)，男，华仿科技有限公司工程师10电力科学与工程

5、2008笠0一∞0000dl~=RrLa+Zrr訾+Lm等一(∞，)(LM,q+Lm)0900000。{。．．．O00000=。R,Lq+L普訾一(gOs-fOr)(L+L0000一(∞一CO，)0式中为d轴上的转子电压分量；为q轴上的转000(co一09，)00子电压分量；为转子等效电阻；为d轴上转子000000。电流分量；为g轴上转子电流分量；∞为发电机式中∞，是发电机的转子转速，是同步转速。式同步转速；转子互感。(1)可以简化为以下公式：发电机的磁链方程为Iv]=[][，]+告[]+[Q][]IdL0L0l0L0LZ呻磁链方程如下：rdL0L，，0ZdL00L00]『0L0L

6、，lrg0L00L0}l式中为d轴上定子磁链；为q轴上定子磁链；。00L000ll。(2)为d轴上转子磁链；为留轴上转子磁链；LL00L，00Ifi定子互感；为d轴上定子电流分量；为q轴上0L00L，0JJ定子电流分量。。00000Lr_lf，。通常异步电机矢量控制系统是以转子磁链为基式中厶为发电机定子等效自感；为发电机定转子准，在d-q为同步速旋转坐标系中，将转子磁链方互感；，为发电机转子等效自感；为发电机定子向定位同步坐标系d轴：但是如果双馈变速恒频发泄漏电感：为发电机转子泄漏电感。其中电系统仍以转子磁链或气隙磁链定向，定子有功功L=+三率和无功功率的计算较复杂，影响了控制系统

7、的实时处理，为此将定子磁链定向在d轴上。图1为基L，=三+三于定子磁场定向控制示意图。式(2)可简化为[=[工][I]lr2基于定子磁场定向的双馈异步发电机的有功无功控制由于双馈发电机的电路存在磁路上的耦合，双馈发电机在三相坐标系下的数学模型是非线性、时变的高阶系统。为了达到有功功率、无功功率解耦图1基于定子磁场定向控制示慝图控制的目的，采用了矢量控制。矢量控制技术是在根据发电机定子磁场定向控制原理，可得电机交流调速的应用中发展起来的，其基本思路f=Lf=厶La+Li