雙饋發電機雙PWM變換器轉子側控制方案的仿真研究

    楊霞，杜繼光，楊波

    (沈陽工業大學，遼寧沈陽110178)

    摘要：建立了雙饋發電機轉子側矢量控制系統的控制模型，討論了基丁定子磁場定向的解耦控制方法，在此基礎上對系統進行了仿真，通過對仿真結果的分析，驗證了控制策略的正確性和有效性。

    關鍵詞：雙饋發電機；雙PwM變換器；矢量控制

O引言

    作為一種新型發電技術，雙饋發電機實現的變速恒頻的發電是一種新型的發電技術，非常適用于風力、水力等綠色能源開發領域，尤其是在風力發電方面，變速恒頻體現出了顯著的優越性和廣闊的應用前景。

    山于雙饋發電機變速恒頻控制方案是在轉子電路實現的，流過轉子電路的功率是由發電機的轉速運行范圍所決定的轉差功率，僅為定予額定功率的一部分，因此其雙向勵磁變換器的容量僅為發電機容量的一小部分，成本將會大大降低。交流勵磁雙饋型異步發電機的控制方案除了可實現變速恒頻控制、減小變換器的容量外，在磁場定向矢量控制下還可實現P、0解禍控制，進而實現風力發電中的****風能追蹤，對電網而言可起到無功補償的作用。

    轉子側PwM變換器的控制對象是雙饋感應發電機(D0ubly—Fed Induction Generator(DFIG))。為了實現有效控制，必須對轉子側PwM變換器的控制對象DFIG進行充分r解，以此為基礎來建立轉子側PwM變換器控制分析的理論基礎。本文研究了轉子側基于定子磁場定向的矢量控制仿真模型，并對D FIG中各種有功功率之間的關系進行分析，以期找出實現****風能追蹤的DFIG有功功率之間的關系，實現控制系統的有效設計。

  1雙饋發電機中雙PwM變換器控制基本原理

該風力發電系統的原理如圖1所示，采用的發電機為轉子交流勵磁的雙饋感應發電機，定子繞組直接接人電網，轉子繞組由頻率、幅值、相位可調的電源供給三相低頻勵磁電流，在轉子中形成一個低速旋轉磁場，這個磁場旋轉速度與轉子的機械轉速相加等于定子磁場的同步轉速。從而在發電機定子繞組中感應出T頻電壓。

當風力機拖動發電機轉子轉速n_r，小于發電機同步轉速n₁、時，雙饋發電機處于亞同步運行狀態，此時轉子旋轉磁場相對于轉子的旋轉方向與轉子旋轉方向相同，雙PWM變換器向轉子提供交流勵磁，定子向電網饋出電能，此時對于雙PWM變換器電網側為整流狀態，轉子側為逆變狀態，其控制方法是基于定子磁場定向的矢量變換控制；當風力機拖動發電機轉子轉速n，大于發電機同步轉速n1時，雙饋發電機處于超同步運行狀態，轉子旋轉磁場相對于轉子的旋轉方向與轉子旋轉方向相反，此時定、轉子均向電網饋出電能，此時對于雙PwM變換器轉子側為整流狀態，電網側為逆變狀態，其控制方法將采用電網電壓定向矢量控制方式。當風力機拖動發電機轉子轉速n，等于發電機同步轉速n_r時，雙PwM變換器向轉子提供直流勵磁，此時電機作為普通隱極式同步發電機運行。

2基于定子磁場定向的矢量控制方案

與普通的三相交流電機一樣，三相靜止坐標系F DHG的數學模型是一個高階、多變量、非線性、強耦合的系統，很難進行控制系統的分析與設計。為了實現對DFIG有功、無功功率的有效控制，_-者必須解耦，因而可把交流調速中的矢量控制技術應用于DFIG的有功、無功解耦控制中，即通過坐標變換，使轉予電流的有功分量與無功分量實現解耦，控制轉子電流的有功分量和無功分量就可以實現DFIG的有功和無功功率的有效、解耦控制，從而實現變速恒頻雙饋風力發電系統的控制目標。

首先列寫靜止坐標系下的DFIG數學模型，為了便于分析問題，通常作如下的假設：1)忽略空間諧波，設三相繞組對稱，在空間中互差120。電角度，所產生的磁動勢沿氣隙按正弦規律分布；2)忽略磁路飽和，認為各繞組的自感和互感都是恒定的；3)忽略鐵心損耗；4)不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響；5)如無特別說明，轉子側的參數都是經過折算到定子側的參數，折算后的定子和轉子繞組匝數相等。

    (1)電壓方程

    三相定子電壓療程為：

式中：u_A，u_B，u_C，u_a，u_b，u_c分別為定、轉子相電壓瞬時值；i_A，i_B，i_C，i_a，i_b，i_c分別為定、轉子相電

流瞬時