变速恒频双馈风力发电系统并网控制仿真.pdf

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1、第30卷第2期电力科学与工程Vol_3O．No．22014年2月ElectricPowerScienceandEngineeringFeb．，2014变速恒频双馈风力发电系统并网控制仿真高扬，于会群，张浩，彭道刚(上海电力学院自动化工程学院，上海200090)摘要：介绍了变速恒频双馈感应风力发电机运行的基本原理，分析了风力机功率特性和风能追踪的控制策略，对双馈感应发电机转子侧的变换器控制系统进行了建模与仿真。通过控制发电机输出有功功率来调节电磁转矩和转速，将定子磁链定向的矢量变换控制技术应用在对双馈型异步发电机转子侧变换器的控制上，获得了发电机有功功率和无功功率的解耦控制，为追

2、踪与捕获最大风能创造了条件。电网侧的变换器使用电网电压定向的矢量控制技术来控制直流母线电压的恒定，调整了电网侧的功率因数。关键词：双馈感应发电机；变桨距控制；变速恒频；最大风能追踪控制；有功无功解耦中图分类号：TM614文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．02．001恒频(ConstantSpeedConstantFrequency，CSCF)0引言风电系统相比，系统的发电效率大为提高，转速运行范围也较宽，而且可灵活地调节系统的有功风能作为一种可再生的清洁能源，近年来越和无功。来越受到各国的重视。风力发电由于具有零污染、交流励磁变速

3、恒频风力发电系统的结构框图投资周期短、占地少等优点，故装机速度近年来如图1所示，系统主要由风力机、增速箱、双馈迅速提升。风力发电机组的控制技术，目前有变异步发电机、变压器、双PWM变频器、滤波器、桨距调节技术、定桨距失速调节技术、主动失速控制系统、桨距角控制等几部分构成。由交流异调节技术、变速恒频技术4种。变速恒频风步发电机的基本原理可得下列关系：力发电系统，因其具有风能转换效率较高、可灵=±(1)活调节有功和无功等特点，近年来得到了广泛应式中：为定子电流频率，Hz；n为转子转速，r／用。本文就其控制策略建立模型并仿真，力求得min；P为电机极对数；fr为转子电流频率，Hz。出

4、具有指导意义的理论结果。1变速恒频风力发电系统基本原理目前，国内外已建或新建的大型风电场中的风电机组多采用变速恒频(VariableSpeedConstantFrequency，VSCF)风电系统运行方式。当风速改变时，VSCF风电系统可适时地调节风力机转速，使之保持最佳状态，使风能利用系数c接近或达图1双馈异步发电机系统到最佳，可实现对风能最大限度地捕获。与恒速收稿日期：2013—09—22。基金项目：国家自然科学基金重点项目(61034004)；上海市教育委员会科研创新项目(12YZ142)。作者简介：高扬(1990一)，男，硕士研究生，研究方向为新能源发电与并网，E—ma

5、il：jjgyxky@126．COIn。电力科学与T程2014年舣馈发电机的结构与绕线式异步电机结构相类似，上耋行时定子绕组通过变压器与电网相连，转IJ{Ij通过双PWM变频器和变压器与电网相连接没定f电流产乍的旋转磁场的同步速为n，根据馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以F3种运子t状态：当转子转速凡<凡时，转子绕卡}1J孚干Il定子绕组的相序相同，双PWM变频转提供交流励磁电流，产生的旋转磁场的旋转厅向L_j转子的旋转方向也相同，．前取正号，图2叶尖速比A与风能转换效率C。关系曲线定_f二电网发电能；凡>几时，转子绕组相到这种风速下风力机的输出机械功率。以风力机序干¨定子

6、绕组的相序相反，产生的旋转磁场的旋的机械角速度为横轴，输的机械功率P为转转的旋转方向也相反，前取负号，纵轴，得到如图3所示的关系曲线。改变风速，同时⋯定子和转子向电网发出电能，能量在双得到的风力机在不同风速时输的机械功率PPWM变频器巾逆向流动；当n=n时，．=0，变和风力机机械角速度O．1的关系如图3所示。器转子提供直流励磁，发电机作同步发电机运行，定f向电网发}H电能。由以上分析可知，、L，发电机转速凡伴随着风速的改变而变化时，若通过变频器随时调节转子励磁电流的幅值、频率、卡H化，使发电机能存亚同步速、同步速、超同步速作变速恒频运行，这就是发电机变速恒频运行的本原理。。．图

7、3风力机输出的机械功率和机械角速度关系曲线图3中4，B，C3点分别为风速，，，时2交流励磁风力发电机功率特性及其风能捕风力机输出的机械功率尸的最大点，其中<获策略<。由图3可以看出：(1)在相同的卡JLc0iE角速2．1功率特性度∞下，瞬时风速越大，风力机输的机械功交流励磁风力发电机的机械功率为：率P也就越大；(2)在相同的瞬时风速下，风力机输出的机械功率P在某一特定的机械角速度P=0．5p,rrRC(A，卢)(2)下存在着极大值；(3)增大瞬时风速，风力A=(3)机的机械功率P的最大值所对