雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的GSC矢量控制技術(shù)研究

李放 戰(zhàn)春雨 姜瀚書

摘 要 近年來，風(fēng)電滲透到電力網(wǎng)絡(luò)得到了國內(nèi)外極大的關(guān)注，風(fēng)能的使用正在迅速增長，隨著近年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的成熟，風(fēng)電在電網(wǎng)中的裝機(jī)容量不斷增加，雙饋發(fā)電機(jī)以安裝成本低廉，變流器額定功率較低，以及有功和無功功率的可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型。本文根據(jù)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立雙饋發(fā)電機(jī)模型，對網(wǎng)側(cè)變流器的特點(diǎn)與功能進(jìn)行分析，并對雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)GSC矢量控制策略進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞 風(fēng)電場；雙饋風(fēng)機(jī)；變流器；矢量控制

前言

目前使用的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)構(gòu)。該系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)、齒輪箱、機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、變壓器及電網(wǎng)組成。雙饋風(fēng)機(jī)是借鑒同步發(fā)電機(jī)及異步發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，形成的一種發(fā)電機(jī)，構(gòu)造與繞線式異步電機(jī)類似，通過使用雙PWM變流器結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流完功率成有功及無功雙向流動(dòng)[1]。本文采用的雙饋風(fēng)力機(jī)的模型由組合風(fēng)風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)模型、發(fā)電機(jī)模型及變流器矢量控制模型等部分構(gòu)成。

1 雙饋風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型

雙饋風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型具有多變量、強(qiáng)耦合、高階、非線性的特點(diǎn)，與鼠籠型異步電機(jī)相類似，由于不利于計(jì)算與分析，因此需要忽略某些條件如下：

如不考慮鐵芯損耗；不考慮溫度波動(dòng)以及頻率波動(dòng)對繞組電阻的影響；將轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)折算到定子側(cè)，此時(shí)轉(zhuǎn)子與定子繞組匝數(shù)相。不考慮磁路飽和的影響，每一個(gè)繞組的自感與互感為固定值；不考慮空間諧波的影響，定子和轉(zhuǎn)子繞組在空間以互差120°電角度對稱分布，其感應(yīng)形成的磁動(dòng)勢沿氣隙空間按正弦規(guī)律分布等。

在做了上述假設(shè)以后便可得到如圖2-1所示的DFIG的物理模型，本文規(guī)定定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)均采用電動(dòng)機(jī)慣例，即定子電流與轉(zhuǎn)子電流流入繞組為正，由此可得DFIG在abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)定子繞組坐標(biāo)、在空間是處于不動(dòng)的，而轉(zhuǎn)子繞組坐標(biāo)、伴隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，電角速度是，定子與轉(zhuǎn)子相應(yīng)軸間的夾角為。

因定轉(zhuǎn)子繞組間的互感都和有關(guān)，導(dǎo)致了相關(guān)參數(shù)均是變化，使系統(tǒng)為非線性，又因?yàn)槭菑?qiáng)耦合、高階、多變量，所以用兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系代替abc坐標(biāo)系。

因?yàn)閐q坐標(biāo)系中，兩坐標(biāo)軸相互垂直成90°角，互感只存在同軸坐標(biāo)中，即繞組間不存在磁鏈耦合關(guān)系，電流、磁鏈等旋轉(zhuǎn)的矢量也由交流量轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髁浚麄€(gè)數(shù)學(xué)模型由原來的非線性、時(shí)變系數(shù)的微分方程轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的常系數(shù)微分方程。

2 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的GSC矢量控制技術(shù)

外環(huán)的電壓環(huán)核心功能是調(diào)整穩(wěn)定直流母線電壓，內(nèi)環(huán)的電流環(huán)核心功能為調(diào)整d、q軸的電流。直流母線反饋電壓和直流母線給定電壓值作比較得到一個(gè)直流母線電壓偏差，這個(gè)偏差經(jīng)PI作用后便產(chǎn)生有功電流分量給定值，而則因GSC穩(wěn)定工作于單位功率因數(shù)，通常令無功電流分量0，與各自對應(yīng)的由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換而來的網(wǎng)側(cè)輸入電流的反饋值、進(jìn)行比較得有功、無功電流分量偏差，偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸出、，然后和經(jīng)電壓補(bǔ)償計(jì)算得到的各自解耦補(bǔ)償項(xiàng)、與電網(wǎng)電壓擾動(dòng)前饋補(bǔ)償項(xiàng)、分別共同作運(yùn)算后便可得變換器交流側(cè)參考電壓、。參考電壓、經(jīng)2r/2s變換后得αβ坐標(biāo)系下的電壓分量值、，如此便可進(jìn)行SVPWM調(diào)制，產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號實(shí)現(xiàn)對GSC的控制。

3 結(jié)束語

雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略，可有效控制直流母線電壓的恒定，以及控制調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，滿足了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對網(wǎng)側(cè)變流器控制方法的要求，為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越技術(shù)、高電壓穿越技術(shù)及矢量控制技術(shù)提供了理論依據(jù)！

參考文獻(xiàn)

[1] 齊桓若，劉其輝.雙饋風(fēng)機(jī)低電壓穿越的改進(jìn)技術(shù)[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，（1）：18.