双闭环模糊PI控制的双馈式风机并网研究.pdf

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1、392化工自动化及仪表第43卷双闭环模糊PI控制的双馈式风机并网研究付光杰‘江雨泽1刘文福2张雷3(1．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318；2．中国石油大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711；3．天津修船技术研究所，天津300456)摘要将模糊控制与PI控制相结合，应用于双馈式风机网侧变换器控制中。采用外环电压模糊Pl控制、内环电流控制的双闭环控制系统来克服运行时发电机参数发生变化带来的干扰。在Matlab／Simu．1ink中搭建仿真模型进行仿真，结果表明：该方法在运行过程中可以很好地克服风速和电机参数变化的影响，定子端电压的波形、幅值、频率均

2、达到并网要求，谐波含量少。关键词模糊PI控制双馈式风机并网双闭环网侧电压控制中图分类号TH865文献标识码A文章编号1000-3932(2016)04-0392-05在当今电能紧缺的情况下，风力发电被认为是具有极大应用前景的新能源¨’21。根据2010年GWEC和绿色和平国际组织的预测，风力发电将在未来的20年内成为全世界最主要的电力供应方式。到2030年，风力发电机组的容量将达到2300GW。早期的风力发电系统由于无法克服风能的随机性和间歇性，无法满足并网时对电能质量的苛刻要求，经常发生频繁并入并出电网的现象，因此对风力发电安全稳定运行与并网效率影响很大。传统的控制

3、方法过分地依赖数学模型，系统稳定性差。随着风电技术的迅猛发展，控制方法也在不断创新。如文献[3]提出采用无模型控制来增强系统的抗干扰性，经检验，对多变量、非线性、强耦合系统具有良好的控制效果。文献[4]提出将模糊控制与PI控制相互结合来克服系统过分依赖数学模型的缺点，利用模糊控制来增强系统的鲁棒性。笔者基于模糊控制与PI控制理论，设计电压外环模糊Pl控制与电流内环PI控制的双闭环控制系统，以提高系统的动态响应速度和鲁棒性，实现柔性并网。1双馈式风力发电机空载并网的数学模型由于双馈式异步发电机为高阶强耦合非线性时变系统，内部具有很复杂的电感矩阵，直接控制难度大，建模复杂

4、。通过数学中的坐标变换方法使得数学模型维数降低，减少耦合因子，从而简化模型。根据文献[5]提出的转子与定子三相绕组呈对称分布的理论，则任意转速下双馈式感应发电机的磁链方程、电压方程、电磁转矩方程分别如下：Ⅱ“=R。id+p砂“·∞砂¨l‘叼=R。i叼+p砂钾+血，妒“u一=R，i一+p砂一一(tO—tO，)I步耐uw=Riw+p砂q+(山一∞，)砂dTe=npL。(i,qid—i“i。)(2)(3)其中，砂小妒叩、砂耐、妒w分别代表定子、转子磁链的d,q轴分量；i“、i。、i一、iⅥ分别代表定子、转子电流的d、g轴分量；R。、R，分别代表定子、转子绕组的等效电阻；p为

5、微分算子；Te为电磁转矩；n。为发电机转子极对数；定子转子在由坐标系中同轴等效绕组间的互感为L。，即工。=1．5L。，L。。为定子绕组对应主磁路的主电感；L．为由坐标系中的定子等效自感；L，为dg坐标系中转子等效自感。Md、u叼、u谢、M叼分别为定、转子电压的d、q轴分量。甜代表同步转速，∞，代表转子的机械转速。采用矢量控制理论，将发电机定子磁链矢量定向在dg坐标系中的d轴上，则砂耐=砂。，砂。=0。在工频条件下，由于定子电阻远小于定子的电抗，可以忽略为0。发电机在空载并网时，i一=i。=0，代人式(1)一(3)化简得：收稿日期：2016-03-07(修改稿)基金项目

6、：国家自然科学基金面上项目(51474069)．u．抽．“．哳““““+．v．哳，“，啊L厶LnlI=一譬．一w砂砂砂砂第4期付光杰等．双闭环模糊PI控制的双馈式风机并网研究393fL。ird=一妒“iw=0{，．I妒村=L，l一【妒m：ou“=p吵“=0H柚=∞砂“ud=R，id+pL，id1．gm=03。L。id得。网侧变换控制器采用模糊PI控制，通过模糊⋯控制分析电压误差和误差率，计算出对应的比例与积分修改值，作用于PI控制器形成电压外环控制(图1)。笔者设计的基于参数自整定的模糊PI控制的电压控制器，可以实时对参数进行在线调⋯整，加快控制器的响应速度，提高控制

7、精度，增强系统的鲁棒性。从而形成网侧电压外环模糊PI控制和内环电流PI控制的双闭环解耦控制。从式(5)可知，定子在d轴的电压分量为0，由u。=toL。i一可知，定子在q轴的电压分量与转子在d轴的电流分量成正比，即控制转子在d轴的电流分量就可以控制定子端电压的相位、幅值、频率，使之与电网电压相同。2传统并网控制方法双馈式风力发电并网技术中传统的控制方法为PI控制，但是由于PI控制方法需要搭建模型，并且需要准确的模型参数。而风力发电机在实际运行过程中存在温度升高、磁路饱和等现象，会引起电机参数的变化，所以控制效果不佳。文献[6]中为了克服PI控制依赖于模