变速恒频风电系统直接功率控制策略的仿真研究

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1、变速恒频风电系统直接功率控制策略的仿真研究陈宇罗昉康勇(华中科技人学电气与电子工程学院应用电子系湖北武汉430074)ABSTRACT:Inthispaper,thedirectpowercontrolmethod(DPC)onthevariablespeedconstantfrequency(VSCF)windpowergenerationsystemwasinvestigated.FirstofalltheDPCschemewasanalyzed;thentheconclusionthatbaseonMT-referenceframewa

2、sextendtotheactualsystem;atlast,asimulationofaactualsystemwasbuildtovalidatethefeasibilityandvalidityoftheDPCscheme.KEYWORDS:VSCF;doubly-fedinductiongenerator;directpowercontrol;simulation摘要：木文对变速怛频发电系统的肓接功率控制策略进行了研究与仿真。首先对肓接功率控制原理进行理论分析；然后将MT标系下得出的结论推广到实际系统中；最后建立了实际系统的仿真模型

3、，对直接功率控制策略的可行性和冇效性进行仿真验证。关键词：变速恒频；双馈电机；直接功率控制；Matlab仿真［弓I言H前对双馈发电系统的控制，通常采用定子磁场定向的控制方式，即通过朋标变换把电机的电最转化到MT坐标轴上，实现对输出功率的侑功无功解耦，通过调节转子电流的M轴与T轴分量來分别调控电机送出的无功与冇功。这样做的优点是冇功与无功可以精确调节，但是由于励磁变换器通常是电压源型变换器⑴，所以还需要将转了电流指令变成转了电压指令，这在个过程屮又会引入耦合，需要加入额外的补偿指令，运算变得复杂⑵。直接功率控制与上述矢量控制不同，它并不以控制转

4、子电流为目标，而是通过控制转子磁链的大小和相位，直接对输出的冇功无功进行调控。与异步电机的直接转矩控制相似，直接功率控制的本质是一种标量控制，它允许有功与无功在一定的容差范围内变化，避免了矢量控制屮复杂的坐标变换和补偿调节，控制指令简单直接，易于实现。本文将对直接功率控制策略进行研究与仿真。2直接功率控制的基本原理受到鼠笼型异步电机直接转矩控制的启发，冇学者提出了变速恒频女馈风力发电系统的直接功率控制⑴。其控制原理可由图2」所示的图2.1直接功率控制欠屋图矢量图來说明。当采用定子磁链矢量定向后，转子的T轴分量只影响发电机的冇功功率，而M轴分量

5、只影响发电机的无功功率⑷。以次同步速运行为例，在图2.1(a)中，令转子电流分量iM尸0,转子电流分量讯从0增加到满载，转子磁链的轨迹由B到A,此时转子磁链与定子磁链之间的角度变化，而转子磁链的幅值基本不变。在图1.1(b)中，令转子电流分量咯为常数，电流分量也从0增加到额定值时，转子磁链的轨迹由C到D,此时转了磁链幅值变化，而转了磁链与定了磁链之间的角度基木不变⑸。图2.2(a)是在MT朋标系下，某一输入条件下仿真计算所得的有功无功输出波形，图2.2(b)是同一条件下转子磁链与定子磁链夹角与幅值波形，山图可知，转子磁链相角与幅值的变化,基本

6、上对应于冇功功率与无功功率的变化。图2.2(a)有功功率(w)与无功功率(VA)图2.2(b)转子磁链相位(弧度)以及幅值由上述理论分析与仿真均可知，在MT坐标系统上，转子电流讯变化，则定子侧的有功功率变化，同时转了磁链矢量和定了磁链矢呈的夹角亦随之变化；转了电流变化，则定了侧的无功功率变化，同时转子磁链的幅值亦随之变化。因此，可以通过控制转子磁链矢量的角度和幅值来实现有功无功的调控。3直接功率控制的实施方法转子侧的变换器一般为电压源型变换器，能控制的电量是转子侧电压。为了实现直接功率控制，必须分析转子侧变频器输出的电圧在次同步速和超同步速运

7、行状态对转子磁链矢最相位和幅值的影响，才能对电机定了有功功率和无功功率实施有效的控制。仍以次同步速运行状态为例分析转子电压对转子磁链的影响。在MT坐标系统里，忽略转子电阻压降后，转子侧有关系式(3-1)；两边求积分后，式(3・1)可以化为(3・2):d屮m%=_^T~Ws屮升(3J)fAVMr=(%r+耳屮Tr)&⑶？)dY

8、/Tl[A

9、/Tr=(uTr-(Ds屮w)&UTr=—^+COs屮Mr由式(3-2)nJ在一个极短的时间内，转了磁链MT分量的变化，主要由两项分量引起，分别是同轴的电压分量与异轴的磁链分量。在实际屮，由于电压分量远远大

10、于磁链分量，所以电压分量对磁链产生主要影响，其变化的方向与电压方向相同。另外，从空间矢量的角度分析，也可以得到相同的结论。转了侧的相量表达式为式(3-3)[6J；由