****風(fēng)能跟蹤控制的無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真研究
梁中華，肖竹，楊霞
(沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽110870)
摘要：文章提出了一種BDFM風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的****風(fēng)能跟蹤控制方法。該方法從BDFM風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行原理小發(fā)，研究了 BDFM轉(zhuǎn)子dq軸系定向數(shù)學(xué)模型，采用P1控制器對有功功率和無功功率進行解耦控制并采用svPwM技術(shù)控制可逆矩陣變換器，實現(xiàn)****風(fēng)能跟蹤控制。并對該系統(tǒng)進行了Matlah建模與仿真。真結(jié)果表明，****風(fēng)能跟蹤控制可以使系統(tǒng)的有功功率快速地跟蹤風(fēng)速的變化，實現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率的解控制，證明了控制算法的有效性。
關(guān)鍵詞：無刷雙饋電機；****風(fēng)能跟蹤控制；風(fēng)力發(fā)電；
0引言
近幾年，在我國風(fēng)力資源豐富的地區(qū)已建成許多大規(guī)模的風(fēng)電場，而雙饋式異步發(fā)電機以其具有變速恒頻、變流器容量小等優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。在此基礎(chǔ)上，無刷雙饋電機(Bmshless Doublv—fed Machine，簡稱BDFM)不僅具有雙饋發(fā)電機的所有優(yōu)點，且實現(xiàn)了無刷化，具有高可靠性和低維護性的特點。為了使無刷雙饋電機向商業(yè)風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用上發(fā)展，電機必須得到充分的控制，工作在一個特定的軸轉(zhuǎn)速風(fēng)力條件下，從而獲得****功率輸出。
1****風(fēng)能跟蹤控制原理
對于風(fēng)力發(fā)電機而言，機械輸出功率P通常表
示為
其中：G是風(fēng)力發(fā)電系數(shù)，p是空氣密度，v是風(fēng)速，r是渦輪半徑。由給定渦輪機的高速特性曲線可以得到****跟蹤控制的****風(fēng)能捕獲量。風(fēng)力發(fā)電機組的特性曲線如圖1所示。其中有最人風(fēng)能的****軌跡，跟蹤控制的目標是隨著風(fēng)速變化保持渦輪的軌跡在這條曲線上。
****功率和軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系可以表示為
當(dāng)風(fēng)速大于額定值時，渦輪獲取能量是受限的，而當(dāng)?shù)陀陬~定值時，機械能量表現(xiàn)如式(2)。動態(tài)調(diào)整過程如下。在每個控制周期內(nèi)，測量無刷雙饋電機的軸轉(zhuǎn)速，并且理想輸出功率通過****曲線給出。圖1中，如果無刷雙饋電機運行在“A”點上，風(fēng)速由“A”點增大到“B”點，額外功率和轉(zhuǎn)矩引起電機加速，加速轉(zhuǎn)矩不同于渦輪機械轉(zhuǎn)矩和由有用功率定義的轉(zhuǎn)矩。最后電機將達到“c”點，此時期望功率等于風(fēng)對渦輪產(chǎn)生的****功率。當(dāng)風(fēng)速減小時，與上面情況類似。
2 BDFM風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運行原理
圖2為無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它包含風(fēng)力發(fā)電機組，齒輪箱和無刷雙饋電機。無刷雙饋電機是一種交流勵磁機，具有特殊的結(jié)構(gòu)和性能，類似與同步電機，其優(yōu)勢是功率因數(shù)可調(diào)，通過控制風(fēng)力降低變頻器等級要求，這些都大大地降低惡劣系統(tǒng)成本。因此，無刷雙饋電機是最適合于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)子速度可以在次同步和超同步速度下運行。
無刷雙饋電機的定子繞組由兩部分組成，一個是電源繞組直接連接到電網(wǎng)，另一個是控制繞組通過雙向變頻器連接到電網(wǎng)。轉(zhuǎn)子是鼠籠型，沒有電刷和滑環(huán)。轉(zhuǎn)子極對數(shù)應(yīng)等于兩個定子繞組的總極對數(shù)。Pp和Pc分別代表功率繞組和控制繞組極對數(shù)。功率繞組頻率如下：
由式(3)可知，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速珥隨風(fēng)速v變化時，控制勵磁繞組的輸入電流頻率fc則可使功率繞組輸出頻率f保持不變，從而實現(xiàn)風(fēng)力系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電。
3 BDFM數(shù)學(xué)模型
由于BDFM的轉(zhuǎn)子采用鼠籠結(jié)構(gòu)，則在轉(zhuǎn)子d—q軸系下，BDFM的電壓方程式(4)所示。
式中：R p，L p，L pr L分別為功率繞組的電阻、自感和與轉(zhuǎn)子之間的互感；r C，L C，L Cr為控制繞組的電阻、自感和與轉(zhuǎn)子之間的 |
