双馈风力发电机励磁控制系统研究

双馈风力发电机励磁控制系统研究★ Research of Control System of Doubly-Fed Wind Generator 王 引言 在能源消耗 日益增长、环境污染 日渐严重的今天，作为可再生绿色能 源的风能成为世界各国普遍重视的能 源。发展风力发电，不仅可以节约常 规能源，而且有利于环保，改善能源 结构 ，减少环境污染的有效途径之 一 。 可以带来直接的经济效益、社会 效益和环境效益。在各种风力发电技 术中，变速恒频是风能利用效率较高 的技术之一。其核心是发电机转子侧 所接的交流励磁变频电源，因此研究 的主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 是可逆变频器的设计 ，本 文只设计了电网侧变频器。 兰州交通大学自动化学院 孙靖宇 湖北超高压输变电公司襄樊输电公司 李柏松 兰州交通大学自动化学院 邱亚娟 Sun Jingyu Li Baisong Qiu Yajuan 摘 要：研究了电压型网侧变换器的原理，建立了在两相旋转坐标系下数学模型、设计出 了控制策略、进行了仿真 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。并通过仿真验证了网侧变频器具有输入输出特性好、谐波少、 能量可双向流动等特点。 关键词：风力发电 网侧变换器 双馈 变速恒频 Abstract：The grid-side converter principle was researched．The mathematical model was established in the situation of the two phase rota~ng referenGe frame．The contml strategy was given．The result of simulation was analyzed．And through simulation show that grid· side conve~er is advantageOus in high power factor，small input·line current harmonic distortion and bi·directional power flow． Key words：Wind power generator Grid·side converter Double·fed Variable speed constant frequency [中图分类号】TM921 [文献标识码】B 文章编号1561—0330(2009)07-0067-03 2 网侧变换器的数学模型 图l为网侧变换器拓扑电路。在 建立网侧变换器的模型时，做以下的 假设 ： {基金项目：甘肃省科技重大专项项 目 (200 8GS0 254 7) 图1 网侧变换器拓扑电路 N THE WORLD OF INVERTERS 67 ——————] (1)三相 电网电压为三相平稳 的纯正弦波电压；、 (2)网侧三相滤波 电感为线性 的，且不考虑饱和： (3)不计开关管的损耗。 。 网侧电压e 、eh、e ，电流为i 、 i 、i ，网侧变换器整流桥输入端a与 电容负极点n的电压 为V 、V 、 V ，电容负极点n与电网电压中性点0 的电压为V 。。 L为滤波电感，R为电感内阻，直 流侧负载电阻为R。。 ：j 上 导通，下桥臂关断(k：alb，c) IoT桥臂导通 ， 上桥臂关断 ’’ 三相静止坐标下的网侧变换器的 数学模型： ZX =AX +BE 式中： 一 R 0 O O 一足 O 0 O —R 4 Sb c 1 0 0 0 1 0 B=l 0 0 1 l l 0 0 0 Z = L 0 0 L O 0 0 0 1 3 1 3 1 3 ∑ “·6 ∑ ⋯ ∑ =a．b 1 R L E=[e eb e。0r 经过坐标变换后，两相旋转坐标 系下网侧变换器的数学模型为： c 一 Vd c 噜= 一Rid+(OLiq 嗉= 一 吨+砒 其中变换变换矩阵为 68 THE WORLD OF INVERTERS _|_——————一 C3s／2r= 图2 电压型整流器的控制框图 scope 图3 电网侧三相变换器的解耦控制仿真 cosO c0s 一120~) sin0 sm(O一12(F) 1 1 cos(0+120~) sin(0+120~) 1 √2 3 网侧变换器的控制策略 图2为电压型整流器的控制框 图。网侧变换器传递的有功功率和无 功功率为： P ¨d+u q o u + 口¨id 如将d轴与电网电动势矢量u 重 合，则d轴表示有功分量参考轴 ，而q 轴表示无功分量参考轴，从而有利于 网侧变换器有功、无功分量的独立调 解。此时，电网电压d、q分量为 I =U。 I =0 网侧变换器传递的有功功率和无 功功率可简化为 P H d O Usiq 于是控制d轴电流即可以控制有 功 ，控制q轴电流就可以控制无功。 为使整流器运行在单位功率 因数状 态 ，即网侧输入无功为零 ，i 应满 足：f =0由于采用了旋转坐标变换， 三相静止坐标系下的交流量都变成了 、 ●● ●／ 、● ●● 、 ● ●● ／ ／， ．．．．． ， ．．．．．●、 ， ／，．．．．．． 一 一 一 O O 0 1一 一0 O O c 两相旋转坐标系下的直流量，用PI调 节器进行电流控制，可以实现无差控 制。通过电流状态反馈((．)LI ，∞LI ) 和电网电压fu ，U 1前馈 ，使输入电流 解耦 ，提高了动态性能；当电流调解 器采用PI调解器时 ，则v 、v 的控制 方程如下： ： 一 ( + ) ： 一 ( + ) ‘ 一 )+cOLiq+ 一 iq)一coLid+ 将上式代人(1)得到 ： 哮 =( +争 一f：) diq+eiq=( +K O)~ q — f；) 4 网侧变换器的仿真结果 为了验证网侧变换器在双馈风力 发电中的优势。对采用网侧变换器作 交流励磁的双馈发电机变速恒频运行 进行了仿真研究，对网侧变换器的输 入、输出特性和能量双向流动的能力 进行了评估。 本仿真采用功率因数 为l，负载 分为电阻性负载和有源负载看电网侧 电压和电流的波形，因为三相是对称 的，本文只给出了其中一相rA相1的 仿真结果及电容两端的电压f见图31。 为了分析本控制系统的动态性能，进 行以下两个方面的仿真，由整流状态 突变到逆变状态和由逆变状态突变到 整流状态。由整流状态突变到逆变状 态就是在整流时负载突变成有源负 载，即在负载上加一直流电压源r由于 逆变是有条件的，只有当负载侧的电 压高于设定值时，三相变换器才会工 作在逆变状态。因此 ，在负载处加上 直流电源E ，并设定其值为700V)进 行仿真。由整流状态突变到逆变状态 反之。仿真结果如图4N图7。 5 结束语 负载侧的电压低于设定值 ，能量 是流出电网的。当负载侧的电压高于 图4 整流状态下交流侧和直流侧的仿真波形 图5 逆变状态下交流侧和直流侧的仿真波形 图6从整流到逆变状态下交流侧和直流侧的仿真波形 图7从逆变到整流状态下交流侧和直流侧的仿真波形 设定值时输入电流与电网电压反相 位 ，能量是流入电网的：这 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 网侧 变换器具有能量双向流动的能力。通 过仿真验证了网侧变换器具有输入、 输出特性好 ，谐波少 ，能量可双向流 动的特点 。是双馈风力发电机励磁电 源的首选变换器。 ’ 作者简介 孙靖宇(1 985．)男 硕士研究生， 主要从事电力电子与电力传动方面的 应用研究。 参考文献 (略) THE WORLD OF INVERTERS 69 —————————1