永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制

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1、中国自动化网-中国工业控制及自动化领域的领先媒体-致力成为业内sns生态圈的缔造者和领导者.http://www.ca800.com永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制1 引言  永磁直驱式风力发电机组是我国风力发电机组的主流机型之一。永磁风力发电机通过增加极对数，降低发电机转速，从而能够与风力机直接相连，取消了增速齿轮箱。由于没有传统风力发电系统故障率很高的齿轮箱，直驱式风力发电系统稳定性和效率大大提高，且有效地抑制了噪声，具有比较广泛的市场应用前景。                         

2、                            图1 风力发电系统结构2 永磁直驱式并网型变桨距风力发电机组的结构  永磁同步发电机的同步速较低，输出电压较低。考虑到电网电压较高，电网与电机之间的能量变换装置，必须要有较大幅度的升压能力。考虑到变压器体积较大，实际系统中，发电机组运送到塔顶成本较高，所以本文采取方法是直流母线侧先升压再进行并网逆变。本文采用的机组方案如图1所示。                                                           图2桨

3、距调节控制系统3 风力机的建模  风力机建模一般只考虑其风能利用系数而忽略风力机的空气动力学过程。本文即采用风力机的风能利用系数来建立其仿真模型。服务中心∶0755-2360656182905456Email∶service@ca800.com 中国自动化网-中国工业控制及自动化领域的领先媒体-致力成为业内sns生态圈的缔造者和领导者.http://www.ca800.com                                                            图3机侧电流内

4、环控制系统风力机仿真模型的建立主要基于以下三个方程：                            (1)这里Cp-λ曲线采用文献[1]中给出的公式：                (2)其中：                       (3)  采用c1=0.365，c2=116，c3=0.4，c4=5，c5=21，c6=0.008。考虑到是发电机，建模时转矩要取反。服务中心∶0755-2360656182905456Email∶service@ca800.com 中国自动化网-中国工业控制及自

5、动化领域的领先媒体-致力成为业内sns生态圈的缔造者和领导者.http://www.ca800.com                                                   图4网侧逆变器电流内环控制系统4 控制系统的设计4.1桨距调节控制系统的设计  当系统存在显著的不确定因素时，设计高精度的控制系统，必须研究控制系统在不确定情况下的鲁棒性。PID控制器能够在很宽的运行条件下具有比较好的鲁棒性，并且形式简单，易于操作。这里采用PID控制器来进行机组在高风速区的桨距调节。变桨距

6、风力发电系统在低风速区进行最大风能跟踪，节距角为零，即不进行变桨距调节。                                                    图5网侧逆变器电压外环控制系统  风力机和发电机不经过增速齿轮箱而直接联接，传动系统的动态方程如下[4]：                              (4)  式中，J是风轮转动惯量；ω是风轮转动的角速度；B是发电机的摩擦系数；Ta是风轮的气动转矩；Te是发动机获得的电磁转矩。得到在运行点附近的线性化模型为：服务中心∶

7、0755-2360656182905456Email∶service@ca800.com 中国自动化网-中国工业控制及自动化领域的领先媒体-致力成为业内sns生态圈的缔造者和领导者.http://www.ca800.com                   (5)  设在变桨距系统的高风速区，输出功率保持恒定，所以△Te=0。即：                           (6)          (7)假定在运行点Ta∣opt∣=Te∣opt，线性化系数可以由下列表达式给出：         

8、            (8)由式(7)和式(8)可得：           (9)认为：△V=0经过拉普拉斯变换可得：                               (10)服务中心∶0755-2360656182905456Email∶service@ca800.com 中国自动化网-中国工业控制及自动化领域的领先媒体-致力成为业内sns生态圈的缔造者和领导者.http://www.ca800.