全開放可實(shí)時(shí)監(jiān)控式雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究

念麗波，張文斌，蘇 適，嚴(yán)玉廷

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全開放可實(shí)時(shí)監(jiān)控式雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究

念麗波1，張文斌1，蘇 適2，嚴(yán)玉廷2

(1.昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2.云南電網(wǎng)有限公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217)

針對(duì)目前風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)底層代碼不開放、編程繁瑣、實(shí)時(shí)監(jiān)控差等缺點(diǎn)，研發(fā)了一套開放、易編程、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。分析了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行原理。首次推導(dǎo)了以直流側(cè)電壓誤差和gq誤差作為輸入量、的網(wǎng)側(cè)幅相控制。推導(dǎo)了基于定子電壓定向的空載并網(wǎng)及功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)最大功率跟蹤控制。在Simulink環(huán)境下仿真，驗(yàn)證了控制策略的有效性。搭建了以PLC和NI Compact RIO為核心，LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)控制策略和監(jiān)控的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)并網(wǎng)及最大功率跟蹤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上可以準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究。

雙饋發(fā)電機(jī)；全開放可實(shí)時(shí)監(jiān)控式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；幅相控制；雙閉環(huán)控制；空載并網(wǎng)；最大功率點(diǎn)跟蹤

0 引言

近年來，隨著地球上常規(guī)化石能源的日益緊缺及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，風(fēng)能因其儲(chǔ)存量大、無污染、利用歷史悠久等優(yōu)點(diǎn)越來越受到青睞。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有很多種，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因其變頻器容量小，能量可雙向流動(dòng)等特點(diǎn)逐步成為大型風(fēng)電場(chǎng)的主要機(jī)型[1]。但是由于客觀氣象條件的復(fù)雜性以及實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素使得在實(shí)驗(yàn)室對(duì)其研究變得很困難。因此，在實(shí)驗(yàn)室建立一套有效的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在該平臺(tái)上進(jìn)行控制策略研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

文獻(xiàn)[2-3]分別利用EMTP-RV軟件,WTS軟件搭建了雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證了控制策略。但是都沒有接入硬件，只停留在仿真階段。目前，研制一套風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅需要能夠模擬風(fēng)力發(fā)電，還需要接入硬件進(jìn)行控制。由于控制算法的復(fù)雜性及控制器件的物理特性，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還應(yīng)具有易編程，實(shí)時(shí)性能強(qiáng)等特點(diǎn)。文獻(xiàn)[4-7]分別搭建了以直流電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)，DSP和PLC為核心控制器的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。上述平臺(tái)均與實(shí)際設(shè)備連接運(yùn)行，但是采用DSP實(shí)現(xiàn)控制算法，使編程繁瑣。同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能較差，不易實(shí)時(shí)監(jiān)控。文獻(xiàn)[8]基于LabVIEW軟件搭建了風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)可視化等性能，但是其底層代碼不開放，并且控制算法仍由DSP實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性相對(duì)較差。綜上所述，實(shí)驗(yàn)室研制了一套開放型、易編程、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。與其他實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相比，該平臺(tái)可以很容易地進(jìn)行編程，很清晰地實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)開放的底層代碼，可以供研究者進(jìn)行學(xué)習(xí)，二次開發(fā)新的控制算法及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

本文分析了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行原理，在Matlab/Simulnik環(huán)境下建立了雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真模型。首次推導(dǎo)了以直流側(cè)電壓誤差及網(wǎng)側(cè)電流軸誤差作為輸入量的新型網(wǎng)側(cè)幅相控制；采用基于定子電壓定向下功率外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)實(shí)現(xiàn)MPPT與變速恒頻控制，并進(jìn)行仿真分析。然后在基于NI Compact RIO實(shí)時(shí)控制器和FPGA的全開放可實(shí)時(shí)監(jiān)控式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了空載并網(wǎng)及MPPT實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了控制策略的有效性以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行原理

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常有風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成，風(fēng)力機(jī)部分由風(fēng)輪和齒輪箱構(gòu)成，發(fā)電機(jī)部分由雙饋發(fā)電機(jī)、背靠背變流器、并網(wǎng)斷路器等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[9,10]。

圖1雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙饋發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子分別通過并網(wǎng)斷路器，雙PWM變流器與電網(wǎng)連接，其中并網(wǎng)前，控制雙PWM變流器即可控制定子電壓幅值、相位、頻率與電網(wǎng)電壓一致，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)及變速恒頻運(yùn)行；并網(wǎng)后，控制轉(zhuǎn)子電流的勵(lì)磁分量及轉(zhuǎn)矩分量即可控制雙饋發(fā)電機(jī)無功功率及有功功率，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。因此對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制實(shí)質(zhì)上是對(duì)雙PWM變流器的控制。

網(wǎng)側(cè)變流器的主要控制功能是保持直流母線電壓的穩(wěn)定，輸入電流正弦和控制輸入功率因數(shù)達(dá)到要求[11]。

機(jī)側(cè)變流器的主要控制功能是為轉(zhuǎn)子提供合適的勵(lì)磁電流以實(shí)現(xiàn)變速恒頻；控制轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)矩分量來控制雙饋發(fā)電機(jī)的有功功率實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤；并提供合適的無功功率以保證電網(wǎng)的電能質(zhì)量及穩(wěn)定運(yùn)行[12]。

2 控制策略的研究

2.1 雙饋發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)電機(jī)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可以得到雙饋發(fā)機(jī)在同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、下的數(shù)學(xué)模型，可以用如式(1)~式(3)來描述[13]。

2.2 網(wǎng)側(cè)變流器的控制策略

網(wǎng)側(cè)變流器采用幅相控制，通過對(duì)變流器滯后角的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)交流側(cè)有功功率的控制從而保證直流母線電壓的穩(wěn)定；通過對(duì)變流器輸入端電壓幅值的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)交流側(cè)電流無功分量的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功率因數(shù)的控制，如式(4)~式(6)所示。

2.3 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制策略

根據(jù)不同轉(zhuǎn)速，機(jī)側(cè)變流器控制策略不同。在啟動(dòng)期實(shí)現(xiàn)空載并網(wǎng)，并網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。機(jī)側(cè)變流器采用定子電壓定向于軸的方法，即

2.3.1空載并網(wǎng)控制策略

雙饋電機(jī)并網(wǎng)時(shí)控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流產(chǎn)生達(dá)到并網(wǎng)要求的定子電壓?？蛰d并網(wǎng)時(shí)，定子側(cè),軸電流==0，此時(shí)雙饋電機(jī)狀態(tài)方程組可化為[15]

由式(9)~式(11)可推出雙饋電機(jī)空載并網(wǎng)控制。

2.3.2變速恒頻控制策略

根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)，要有效進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)必須相對(duì)靜止，即[16]

通常定子電壓頻率與電網(wǎng)頻率相同，即為50 Hz。由式(12)可知，對(duì)于不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，只要有效地控制轉(zhuǎn)子電流頻率即可保證定子輸出頻率為工頻(50 Hz)，即實(shí)現(xiàn)變速恒頻。

2.3.3最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略

由貝茨定理可知，風(fēng)力機(jī)在捕獲的氣動(dòng)功率為

由式(13)可知，對(duì)于不同風(fēng)速，要使風(fēng)力機(jī)輸出的功率最大，要求一致保持最大，即葉尖速比達(dá)到最優(yōu)值(為定值)；根據(jù)可知，要實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤就要求風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著不同的風(fēng)速調(diào)整為最優(yōu)轉(zhuǎn)速，其控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2最大功率跟蹤控制系統(tǒng)框圖

并網(wǎng)后，忽略定子側(cè)電阻及機(jī)械損耗時(shí)，將式(7)~式(8)代入雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)方程組式(1)~式(3)得：

3 仿真及實(shí)驗(yàn)研究

3.1 系統(tǒng)仿真研究

根據(jù)上文提出的控制策略對(duì)10 kW雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究：根據(jù)式(13)建立風(fēng)力機(jī)模型，根據(jù)圖2建立雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻及最大功率跟蹤控制的模型。利用Matlab/Simulnk仿真軟件，搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真模型如圖4所示。

仿真參數(shù)設(shè)置：三相兩極雙饋發(fā)電機(jī)，額定功率為10 kW，額定電壓為380 V，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.1 kg?m2，定子和轉(zhuǎn)子繞組都為星形連接，定子、轉(zhuǎn)子電阻及漏感分別為0.379 Ω、0.0 438 mH、0.314 Ω和0.0 449 mH，互感為0.0 427 mH，變流器開關(guān)頻率為5.0 kHz，直流側(cè)電容電壓初始值為350 V，穩(wěn)定值設(shè)在750 V。電機(jī)參數(shù)均折算到定子側(cè)。

3.1.1變速恒頻控制

本文采用三相兩極雙饋發(fā)電機(jī)，由式(12)可知，其同步轉(zhuǎn)速為1 500 r/min。

圖3DFIG控制系統(tǒng)框圖

圖4雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型

圖5(a)為0~1.2 s內(nèi)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形，在0~0.37 s內(nèi)轉(zhuǎn)速為1 350 r/min，亞同步狀態(tài)，在0.37~0.81 s內(nèi)轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，同步狀態(tài)，在0.81~1.2 s內(nèi)轉(zhuǎn)速為1 750 r/min，超同步狀態(tài)；圖5(b)為網(wǎng)側(cè)電壓與定子電壓差值波形，可以看出網(wǎng)側(cè)電壓與定子電壓幅值基本上一致；圖5(c)為定子側(cè)輸出頻率，穩(wěn)定在工頻50 Hz；圖5(d)為轉(zhuǎn)子側(cè)電流波形，在0~0.37 s內(nèi)轉(zhuǎn)子電流頻率為5 Hz左右，在0.37~0.81 s內(nèi)轉(zhuǎn)子電流為直流，頻率為0，在0.81~1.2 s內(nèi)轉(zhuǎn)子電流相序反向，頻率為5 Hz左右。

圖5雙饋電機(jī)變速恒頻控制波形

從仿真結(jié)果可以看出，雙饋電機(jī)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的過程中，只要通過控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相位即可使定子側(cè)輸出電壓與電網(wǎng)電壓的幅值、相位、頻率一致，即實(shí)現(xiàn)了變速恒頻運(yùn)行。

3.1.2最大功率點(diǎn)跟蹤控制

根據(jù)經(jīng)典控制理論可知，階躍信號(hào)可以無誤差跟蹤I型及以上系統(tǒng)，本文模擬了階躍風(fēng)速模型。

圖6為階躍風(fēng)下的轉(zhuǎn)速變化和功率變化情況。其中圖6(a)為風(fēng)速的變化，圖6(b)為雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而階躍變化，以追蹤風(fēng)力機(jī)的最大功率。圖6(c)為階躍風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)的輸出功率與雙饋電機(jī)輸出有功功率的比較?？梢钥闯鲲L(fēng)力機(jī)的輸出功率隨著風(fēng)速的階躍變化而階躍增長。除了在=0 s時(shí)，風(fēng)速由0突變?yōu)? m/s，雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一定的沖擊，但是很快就能跟蹤上風(fēng)力機(jī)的輸出功率，從而保證雙饋電機(jī)的輸出功率最大。在風(fēng)速變化的過程中，系統(tǒng)始終保持最大的風(fēng)能利用率，使得風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在最大功率點(diǎn)上，風(fēng)能利用系數(shù)如圖6(d)所示。

圖6階躍風(fēng)速下DFIG的最大功率追蹤波形

3.2 實(shí)驗(yàn)研究

3.2.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立

由于NI Compact RIO-9082實(shí)時(shí)控制器具有較強(qiáng)的處理能力，較高的控制確定性和高度可靠性，可以用于實(shí)時(shí)控制性能較高的系統(tǒng)控制。本文搭建了由NI Compact RIO實(shí)時(shí)控制器、PC機(jī)、PLC、ABB變頻器、三相異步電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)等構(gòu)成開放式風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖7(a)所示、實(shí)物如圖7(b)所示，LabVIEW監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖8所示。

圖7全開放可實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖8雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

開放式的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用NI的LabVIEW軟件來設(shè)計(jì)PC機(jī)上的風(fēng)力發(fā)電的監(jiān)控系統(tǒng)和程序開發(fā)，PLC控制ABB變頻器來實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)對(duì)風(fēng)力機(jī)的模擬；NI Compact RIO實(shí)時(shí)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)電信號(hào)及物理信號(hào)的處理和控制，實(shí)現(xiàn)空載并網(wǎng)及最大功率控制等目標(biāo)，同時(shí)通過以太網(wǎng)與LabVIEW監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。

3.2.2空載并網(wǎng)

圖9為空載并網(wǎng)試驗(yàn)中，電網(wǎng)和定子A相電壓的波形對(duì)比以及定子側(cè)三相電流波形。圖9(a)中，藍(lán)線、紅線分別為電網(wǎng)和定子側(cè)A相電壓?？梢钥闯鼍W(wǎng)側(cè)電壓波形為理想的正弦信號(hào)，而定子側(cè)，在0~21.37 s內(nèi)控制電壓使其幅值、相位、頻率與電網(wǎng)接近，符合并網(wǎng)要求，只是存在一些諧波干擾；在21.37 s實(shí)現(xiàn)空載并網(wǎng)，在21.37 s后定子電壓與電網(wǎng)電壓波形幾乎完全重合。從圖9(b)中可以看出，在21.37 s之前，定子電流為0，在21.37 s時(shí)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，其最大沖擊電流為2.38 A，實(shí)現(xiàn)了柔性并網(wǎng)。

圖9 空載并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)波形

3.2.3最大功率跟蹤

圖10為階躍風(fēng)速下最大功率跟蹤波形。其中圖10(a)為階躍風(fēng)速的模擬波形，風(fēng)速從4 m/s躍變?yōu)? m/s、6 m/s、6.4 m/s、6.8 m/s、7 m/s；雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速及有功功率隨著風(fēng)速的變化而躍變，如圖10(b)、圖10(c)所示。隨著階躍風(fēng)速的開始，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之而變化，從而使得雙饋電機(jī)發(fā)出的有功功率達(dá)到最大，即實(shí)現(xiàn)了最大功率的跟蹤；同時(shí)，雙饋發(fā)電機(jī)輸出的無功功率恒為0，實(shí)現(xiàn)了有功功率、無功功率解耦。

4 結(jié)論

本文研制了一套全開放可實(shí)時(shí)監(jiān)控式雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用PLC控制異步電動(dòng)機(jī)模擬風(fēng)力機(jī)，將雙PWM變流器接入雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)之間；通過NI Compact RIO實(shí)時(shí)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制；利用LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)控制策略及監(jiān)控系統(tǒng)。為了在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行控制，在分析了雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理基礎(chǔ)上，給出了以直流側(cè)電壓誤差及i誤差作為輸入量、的網(wǎng)側(cè)幅相控制策略，基于定子電壓定向下的空載并網(wǎng)及功率外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)最大功率跟蹤策略，Simulink仿真驗(yàn)證了控制策略的有效性及合理性。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了雙饋電機(jī)空載并網(wǎng)，最大功率跟蹤等特性研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙饋電機(jī)空載并網(wǎng)時(shí)，投入平滑，沖擊電流較小，僅為2.38 A左右；并網(wǎng)后系統(tǒng)能夠很快地實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制，最大功率跟蹤控制，且動(dòng)態(tài)特性較好。

[1] 殷桂梁, 陳學(xué)琴, 馬會(huì)艷, 等. 電網(wǎng)諧波條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)輸出特性分析與控制[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(15): 79-84.

YIN Guiliang, CHEN Xueqin, MA Huiyan, et al. Analysis and control of doubly-fed wind generation system’s output characteristics under harmonic grid voltage conditions[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(15): 79-84.

[2] 肖輝, 劉勇, 劉會(huì)金. 基于EMTP-RV雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與運(yùn)行控制仿真研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2011, 39(22): 35-40.

XIAO Hui, LIU Yong, LIU Huijin. Simulation research on the modeling and operation control of wind power generation system base on EMTP-RV[J]. Power System Protection and Control, 2011, 39(22): 34-40.

[3] 郭懿陽, 王貴成, 關(guān)長亮, 等. 基于WTS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的風(fēng)力發(fā)電控制[J]. 沈陽化工大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 27(3): 268-275.

GUO Yiyang, WANG Guicheng, GUAN Changliang, et al. Wind power generation controlling base on WTS experimental platform[J]. Journal of Shenyang Institute of Chemical Technology, 2013, 24(3): 268-275.

[4] 苑國鋒, 李永東, 柴建云, 等. 1.5MW變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制系統(tǒng)試驗(yàn)研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2009, 24(2): 42-47.

YUAN Guofeng, LI Yongdong, CHAI Jianyun, et al. 1.5 MW VSCF doubly fed wind turbine test control system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2009, 24(2): 42-47.

[5] 姚駿, 廖勇, 瞿興鴻, 等. 直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最佳風(fēng)能跟蹤控制[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2009, 24(2): 42-47.

YAO Jun, LIAO Yong, QU Xinghong, et al. Direct drive permanent magnet synchronous generator for wind power tracking control[J]. Power System Technology, 2009, 24(2): 42-47.

[6] 趙陽, 鄒旭東, 劉新民, 等. 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 40(6): 88-93.

ZHAO Yang, ZOU Xudong, LIU Xinmin, et al. VSCF doubly fed wind power generation system experimental study[J]. Journal of Wuhan University, 2007, 40(6): 88-93.

[7] 陳家偉, 周荔丹, 姚剛, 等. 全開放式雙饋風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(10): 104-110.

CHEN Jiawei, ZHOU Lidan, YAO Gang, et al. Study on fully open doubly fed wind power generation experimental platform[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(10): 104-110.

[8] 潘令春, 蔡旭, 曹云峰. 基于LabVIEW的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)[J]. 電工技術(shù), 2008, 35(11): 35-37.

PAN Lingchun, CAI Xu, CAO Yunfeng. The control system of wind power generation test platform based on LabVIEW[J]. Electric Engineering, 2008, 35(11): 35-37.

[9] 劉其輝, 韓賢歲. 雙饋風(fēng)電機(jī)組的通用型機(jī)電暫態(tài)模型及其電磁暫態(tài)模型的對(duì)比分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(23): 89-94.

LIU Qihui, HAN Xiansui. A comparative analysis of the electromechanical transient model and the electromagnetic transient model of the doubly fed induction generator[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(23): 89-94.

[10] 奚露露, 周玲, 楊明耀, 等. 基于改進(jìn)粒子群算法含雙饋風(fēng)電機(jī)組配網(wǎng)無功優(yōu)化研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2015, 31(8): 94-99.

XI Lulu, ZHOU Ling, YANG Mingyao, et al. Research on reactive power optimization for distribution network with DFIG base on enhance PSO algorithm[J]. Power System and Clean Energy, 2015, 31(8): 94-99.

[11] TARIQA M, IQBAL M T. Power quality improvement by using multi-pulse AC-DC converters for DC drives: modeling, simulation and its digital implementation[J]. Electrical Systems and Information Technology, 2014.

[12] 潘愛強(qiáng), 時(shí)珊珊, 董瑞安, 等. 微網(wǎng)電能質(zhì)量特征及其監(jiān)測(cè)分析[J]. 高壓電器, 2015, 51(6): 133-138.

PAN Aiqiang, SHI Shanshan, DONG Ruian, et al. Power quality characteristics and detection concerning in micro grid[J]. High Voltage Apparatus, 2015, 51(6): 133-138.

[13] 劉其輝, 謝孟麗. 雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空載及負(fù)載并網(wǎng)策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2012, 27(10): 60-67.

LIU Qihui, XIE Mengli. Doubly fed VSCF wind power generator with no load and with load grid connection strategy[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, 27(10): 60-67.

[14] 熊健, 張凱, 裴雪軍, 等. 一種改進(jìn)的PWM整流器間接電流控制方案仿真[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2003, 18(1): 57-63.

XIONG Jian, ZHANG Kai, PEI Xuejun, et al. An improved indirect current control scheme for PWM rectifier[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2003, 18(1): 57-63.

[15] 譚劍中, 徐鳳星, 曾勇, 等. VSCF雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方法的原理分析[J]. 電力電子技術(shù), 2010, 44(6): 18-19.

TAN Jianzhong, XU Fengxing, ZENG Yong, et al. Analysis of the principle of the connected-grid control method of doubly-fed wind power generator[J]. Power Electronics Technology, 2010, 44(6): 18-19.

[16] 李亞萍, 張紅超. 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器并網(wǎng)試驗(yàn)方法研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(15): 122-126.

LI Yaping, ZHANG Hongchao. Research on grid connected wind power generator with double fed wind power generator[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(15): 122-126.

[17] 付文秀, 范春菊. SVG 在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電壓無功控制中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(3): 61-68.

FU Wenxiu, FAN Chunju. Application of SVG in voltage reactive power control of doubly fed wind power generation system[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(3): 61-68.

(編輯 姜新麗)

Study on full-open and monitoring-able experiment platform for DFIG wind power generation

NIAN Libo1, ZHANG Wenbin1, SU Shi2, YAN Yuting2

(1. Faculty of Mechanical Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming650500,China; 2. Electric Power Research Institute of Yunnan Power Grid Co., Ltd., Kunming 650217, China)

Current wind power experiment platform has many shortcomings such as the bottom code without open, the complex programming and the poor real-time monitoring, a set of wind power experimental platform which is full-open, easy programming and strong real-time performance is developed. The principles of doubly-fed induction generator (DFIG) are investigated. Amplitude phase control that is taking the DC voltage error andgqerror to control the inputandof the grid side converter are derived. The controlling strategies of grid-connection and power external loop and current inner loop under stator voltage orientation to realize maximum power point tracking are pulled. The effectiveness of the control strategy is examined in the Simulink environment. The experimental platform takes NI Compact RIO and PLC as the core controller is developed. The control strategy and monitoring system is realized by LabVIEW program. Experimental results indicate that the experimental platform is accurate and reliable, which can be applied to the study of the wind power generation technology.

This work is supported by Key Science and Technology Protect in Southern Power Gird Corp (No. K-YN2013-175).

doubly-fed induction generator; fully-open and real-time monitoring-able experimental platform; amplitude and phase control; double closed-loop control; grid-connection without load; maximum power point tracking

10.7667/PSPC151149

2015-07-05；

2015-09-30

念麗波(1989-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樽兯俸泐l雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制；E-mail: yixihuahun@126.com

張文斌(1976-)，男，博士后，副教授，研究方向?yàn)橹悄芪⒕W(wǎng)控制新能源接入。

南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目資助(K-YN2013-175)