基于定子电压定向的双馈风力发电机功率控制

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1、38基于定子电压定向的双馈风力发电机功率控制2010.№4基于定子电压定向的双馈风力发电机功率控制刘思佳，庄圣贤，舒鑫东(西南交通大学电气工程学院，成都610031)[摘要]本文介绍了一种基于定子（电网）电压定向的双馈风力发电机输出功率控制策略。此控制策略无需测量定子磁链，可实现发电机输出有功、无功功率的独立控制。并根据此控制方法，使用Matlab/Simulink软件构建了一个用于1.5MW双馈风力发电机的输出功率控制系统，仿真验证了在有功功率、无功功率或电网电压出现降落的条件下，该控制策略的有效性。[关键词]功率控制；双

2、馈风力发电机；定子（电网）电压定向[中图分类号]TM315[文献标识码]A[文章编号]1000-3983(2010)04-0038-04PowerControlofDFIGinStatorVoltageOrientedFrameLIUSi-jia,ZHUANGSheng-xian,SHUXin-dong(DepartmentofElectricalEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)Abstract:Thispaperdescribesapo

3、wercontrolschemeofdoubly-fedinductiongenerator(DFIG)inwindenergyconversionsystem.Thecontrolschemeisakindofrotorcurrentvectorcontrolinstator(grid)voltageorientedframe,whichcancontrolactiveandreactiveoutputpowerofDFIGindependently.Thepowercontrolsystemusingthisscheme

4、issimulatedbyMatlab/Simulinkfor1.5MWDFIG.TheSimulationresultsshowtheeffectivenessofthecontrolschemeduringvariationsofactivepower,reactivepowerorgridvoltage.Keywords:powercontrol;DFIG;stator(grid)voltageoriented以采用定子（电网）电压定向的矢量控制方式。相比1引言定子磁链定向，定子电压定向的方法无需定子磁链的随着风电技术

5、的发展，风力发电机单机容量不断测量，减少了可能出现的误差，而且与网侧PWM变[1]增加。由于双馈感应发电机只需控制转子侧的转差功流器的电网电压定向矢量控制方法有很多相似之处，率就可实现变速时功率恒频输出，相应的功率电子设可以简化双PWM变流器整体控制系统的结构。备的成本得到了降低，因此大功率风力发电机组多采双馈发电机用双馈感应发电机来实现变速恒频发电。电网大功率双馈风力发电机多采用双PWM型变流器来对其进行控制（图1）。这种变流器可实现发电机转子功率的双向流动，保证了双馈风力发电机在欠同步和超同步两种工作状态下有效运行。网侧

6、PWM变流风轮器的作用是维持变流器中间部分的直流母线电压恒转子侧变流器网侧变流器定，控制方法多采用网侧电压定向的电流矢量控制方[1]法。转子侧PWM变流器主要目的是控制发电机对电图1双馈风力发电系统网输出的有功、无功功率，有功部分需要跟随输入发2双馈发电机的数学模型电机的机械功率实现有功功率的输出，无功部分则需根据电网的需求来调节输出功率的功率因数，其实现双馈风力发电机在定子同步旋转坐标系d-q下的[2，3]方法主要有两种：直接功率控制和转子电流矢量控数学模型为：[4，5]制，两种方法各有优缺点。双馈发电机的转子电流duR=

7、+−iψωψ[4，5]sdssdsdssq矢量控制多采用定子磁链定向的控制方法。dt（1）由于双馈发电机并网后定子电压即是电网电压，duR=++iψωψsqssqsqssd其幅值、频率可看作是恒定的，故双馈风力发电机可dt2010.№4大电机技术39d22LLULuR=+−iψ∆ωψ式中：KL=−m；KL=−ms−m。rdrrdrdrq1r2rdtLLL∆ωsssuR=++idψ∆ωψ（2）将式（8）代入式（7），则定子功率为：rqrrqrqrddt3LsPU=−i∆=−ωωωssrdsr2Lm（10）ψ=+LiLisdss

8、dmrd3uLsmQU=−()+iψ=+LiLissrqsqssqmrq（3）2LLωsssψrd=+LirrdLimsd当双馈风力发电机并网后，由图1可知，发电机ψrq=+LirrqLimsq输出功率的绝对值等于定子端的功率，故发电机输出式中，usd，usq，urd，urq分别为定子、转