无刷双馈风力发电机变速恒频控制研究

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1、第45卷第8期电力电子技术Vo1．45，No．82011年8月PowetElectronicsAugust2011无刷双馈风力发电机变速恒频控制研究王峰，何凤有，王斌，张杰(中国矿业大学。江苏徐州221008)摘要：根据无刷双馈风力发电机(BDFG)的结构与运行原理，分析了其在转子速d，q坐标系下的数学模型。采用恒压频比控制策略，在Matlab／Simulink下完成BDFG变速恒频(VSCF)发电的开环仿真研究，并基于双三电平变流器结构，以DSPTMS320F2812为主控制器建立实验平台．完成BDFG带独立电阻负载

2、的VSCF开环控制实验。仿真与实验结果验证了BDFGVSCF控制技术的正确性与有效性。关键词：风力发电机；无刷双馈发电机；变速恒频中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1000—100X(加11)08—0068—02Variable··speedConstant-frequencyControlofBrushlessDoubly-fedWindPowerGeneratorWANGFeng，HEFeng—you，WANGBin，ZHANGJie(ChinaUniversityofMiningandTechnolo

3、gy，Xuzhou221008，China)Abstract：Basedonthestructurecharacteristicsandoperationprincipleofbrushlessdoubly·fedgenerator(BDFG)inwindpowergenerationsystem，therotorspeedd，qmathematicalmodelofBDFGisanalyzed．Underopen—loopthedy-namicsimulationofBDFGisrealizedinMatlab／Si

4、mulinkbyusingV／Fcontrolstrategy，thevariable—speedconstant—frequency(VSCF)experimentofBDFGwithindependentresistanceloadisconductedbasedonDSPTMS320F2812con—trolleranddualthree-levelinverter．SimulationandexperimentalresultsverifythecorrectnessandefectivenessofVSCFc

5、ontroltechnologyofBDFG．Keywords：windpowergenerator；bmshlessdoubly-fedgenerator；variable—speedconstant—frequencyl引言BDFG的控制绕组连接双向可逆变频器，用作交流励磁绕组；功率绕组用于并网发电【21。无刷双馈近年来．BDFG以其独特的优势逐渐成为风力风力发电系统结构如图1所示。发电机的主要选择。采用VSCF技术可提高风力电网工频(5OHz)发电机组在低风速下的出力水平，能够最大限度UV地实现风电能量转换，且维

6、护费用低，运行可靠性W高．在VSCF风力发电系统中具有良好的应用前景【n。结合风力发电的特点，在分析BDFG结构原理与数学模型的基础上。在开环状态下对BDFG的VSCF控制技术进行了仿真与实验。图l无刷双馈VSCF风力发电系统2BDFG及其VSCF发电系统在发电运行模式下．BDFG功率绕组电流频率控制绕组电流频率与发电机转速／／,关系为：BDFG定子绕组由极对数为P。的功率绕组和．极对数为P的控制绕组构成；转子采用鼠笼式或fo=[n，(p十p。)／6O](1)磁阻式结构；两套定予绕组在电路和磁路方面是式(1)中，前取‘

7、+’号表示功率绕组与控制绕组电流反相序：取‘一’号表示功率绕组与控制解耦的，并通过转子实现耦合：当转子极对数取绕组电流同相序。当风速引起珥发生变化时，通p+p时，不同极对数的两套定子绕组中产生的速过变流器调节，可使保持不变，从而实现度电动势与通入该绕组的电流具有相同频率．从．BDFG的VSCF发电控制【3】而进行电机能量转换。在VSCF风力发电系统中．3BDFG数学模型定稿日期：20l1—06—16作者简介：王峰(1983一)，男，江苏徐州人，硕士研究生．从BDFG基本方程出发，利用坐标变换理论，研究方向为电力电子与电

8、力传动。可推导出其转子速，q数学模型[4】。由于BDFG转68无刷双馈风力发电机变速恒频控制研究子采用自行闭合的环路结构，转子d，q轴电压均为零，从而进一步简化其转子速d，q模型为：Uqp40U如一B0U0c0OC(2)“00一D55O0pM0-pM5490ODC00-】L0p肼0p0GjL击448．式中：A-rp+pLrr，rp