变速恒频双馈风力发电系统控制研究

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1、ELECTRICDRIVE2012Vo1．42No．2电气传动2012年第42卷第2期变速恒频双馈风力发电系统控制研究吴小丹，王字，杨浩，方太勋(南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京2l1102)摘要：设计一套30kW变速恒频双馈异步风力发电机励磁控制实验系统，采用背靠背变流器作为双馈异步电机的励磁源。分析了基于旋转坐标系统下的双馈异步电机的数学模型，采用定子磁链定向方式的控制策略，研究了在电网发生电压跌落时的危害和应对措施。实验结果表明，风力发电机控制性能良好，而在电网低电压故障时变流器的有效控制为保护双馈异步电机和支撑电网起到了一

2、定作用。关键词：交流励磁；变速恒频；矢量控制；低电压穿越中图分类号：TM343文献标识码：AInvestigationofControlforVSCFWindPowerGenerationSystemWuXiao-dan，WANGYu，YANGHao，FANGTai-xun(Nari—RelaysElectricCo．Ltd，Naing211102，Jiangsu，China)Abstract：30kWVSCFdoublyfedinductionwindgeneratorexcitationcontrolexperimentalsy

3、stemwasde—signed，andbacktobackconverterisusedasDFIGexcitationsource．Basedontheanalysisofrotatingcoordi-natesystemunderthedoublyfedinductiongeneratormathematicalmodel，usingthestatorflux-orientedmode，thehazardsandresponsemeasureswhilevoltagedrophappenswerepointed．Theexpe

4、rimentalresultsshowthatthecontrolperformanceofwindgeneratorisgood，theconvertercontrolarealsoeffectivefortheDFIGprotectionandgridsupportingwhilevoltagedrophappens．Keywords：ACexcitation；variablespeedconstantfrequency(VSCF)；vectorcontrol；lowvoltageride—through上，研究其运行控制原理，

5、给出了基于定子磁链定1引言向控制的矢量控制策略，同时对双馈型风力发电交流励磁变速恒频(ACVSCF)风力发电技术中的低电压穿越(LVRT)问题也作了分析研究和具备运行效率高、电能质量优、变流器容量小等优探讨，最后在搭建的样机上做了上述理论分析及势，已经成为风力发电领域中应用较为广泛的技实验研究，并给出了相关实验结果。术，它可以实现功率的解耦控制和最大风能的跟2变速恒频风力发电机的原理踪控制n]。在该方案中，将双馈异步发电机(DFIG)的定子接入电网，转子则由电力电子变流交流励磁变速恒频风力发电系统见图1，器提供励磁电流，当DFIG机

6、械转速发生变化时，实时控制变流器改变转子电流的频率、相位以及幅值实现“交流励磁”，从而保证DFIG在不同工作转速范围内都能正常运行，同时还能实现输出有功和无功功率的解耦。双馈型风力发电系统是一个系统工程，涉及到电机控制、变流器的控制、无功补偿控制以及电网低压故障控制等。对变流器控制而言，目前一般采用矢量控制技术较为方便，本文在推导基于图1交流励磁变速恒频风力发电系统电动机惯例下的双馈异步发电机数学模型基础Fig．1ACVSCFwindpowergenerationsystem作者简介：吴小丹(1982一)，男，硕士，Email：wu

7、xd@nari—relays．corn17电气传动2012年第42卷第2期吴小丹，等：变速恒频双馈风力发电系统控制研究由背靠背的PWM变流器作为DFIG的励磁源，DFIG定子直接接入电网，而其转子则由PWM变流器提供励磁电流，当风速变化时，通过控制变流器改变励磁电流从而实现变速恒频。，由电机学可知：丽nrp~f2=fl(1)J式中：，，，。为DFIG定、转子电流频率；，为图2DFIG矢量控制坐标变化Fig．2CoordinatetransformationforDFIGvectorcontrolDFIG机械转速；P为DFIG极对数。

8、定义DFIG转差率为相绕组轴线正方向。为a轴与Ot轴的夹角，其角度由光电编码器给出。咖轴为两相同步旋5：(2)转坐标系，旋转角速度ct，为电网电压角频率，p为电网电压的q轴分量，d轴与a轴的夹角为0。，式中：竹。为DFIG额定转速。其