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    直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電最佳風(fēng)能跟蹤控制與實(shí)驗(yàn)研究

    2014-01-15 06:46:56馬啟蒙李東東
    關(guān)鍵詞:風(fēng)力機(jī)變流器風(fēng)能

    馬啟蒙,李東東,薛 花

    (上海電力學(xué)院電氣工程學(xué)院,上海 200090)

    隨著能源的枯竭和傳統(tǒng)火力發(fā)電對環(huán)境的污染,可再生能源的發(fā)展受到更多的關(guān)注,其中風(fēng)能蘊(yùn)量巨大,發(fā)展迅速.

    由于傳統(tǒng)恒速恒頻(Constant Speed Constant Frequency,CSCF)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)能利用率較低,基于電力電子和其他新技術(shù)的快速發(fā)展,變速恒頻(Variable Speed Constant Frequency,VSCF)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐漸取代恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成為主流機(jī)組.當(dāng)前應(yīng)用較多的VSCF風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Generation,PMSG)和雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā) 電 機(jī) (Doubly Fed Induction Generator,DFIG).[1-3]與 DFIG 相比,PMSG 具有如下優(yōu)點(diǎn):沒有龐大的齒輪箱;發(fā)電機(jī)無需直流勵磁裝置;對于最大風(fēng)能捕獲和網(wǎng)側(cè)變流器可以實(shí)現(xiàn)全控和較強(qiáng)的故障穿越能力,效率及可靠性更高.因此,關(guān)于PMSG的研究和工業(yè)應(yīng)用越來越多.[2-3]

    變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定風(fēng)速以下時(shí),需要采用最大功率追蹤控制(Maximum Power Point Tracking,MPPT)保證最大程度利用風(fēng)能,提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組效率.風(fēng)力發(fā)電MPPT的控制策略可以歸納為葉尖速比控制、功率信號反饋控制和爬山尋優(yōu)控制3類,功率信號反饋和爬山尋優(yōu)適合風(fēng)速變化較慢的情況.[4-8]在實(shí)驗(yàn)室條件下需要模擬風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的各種工況,鑒于模擬時(shí)間較短,風(fēng)速變化較快,所以本文選用最佳葉尖速比控制策略,根據(jù)風(fēng)速設(shè)定情況和風(fēng)力機(jī)最佳葉尖速比特性得到最佳轉(zhuǎn)速,使PMSG運(yùn)行于最佳轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)MPPT.

    本文考慮實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的研究條件,設(shè)計(jì)了一套永磁同步風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng),包含風(fēng)力機(jī)、PMSG硬件電路和控制軟件的設(shè)計(jì),利用所搭建的模擬系統(tǒng)完成了實(shí)驗(yàn)研究,對提出的控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證.

    1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

    永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器(Machine-Side Converter,MSC)、網(wǎng)側(cè)變流器(Grid-Side Converter,GSC)和控制部分組成.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

    圖1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

    1.1 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型

    風(fēng)力機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩方程如下:[9-10]

    式中:P——風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率;

    T——風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩;

    ρ——空氣密度,一般取 1.25 kg/m3;

    cp——風(fēng)能利用系數(shù);

    R——葉輪的半徑;

    A——葉輪的掃掠面積;

    cT——轉(zhuǎn)矩系數(shù);

    v——風(fēng)速.

    其中,cp是風(fēng)力機(jī)效率的重要參數(shù),表示風(fēng)力機(jī)的機(jī)械輸出功率與風(fēng)力機(jī)的輸入功率的比值.風(fēng)力機(jī)另一個(gè)重要參數(shù)為葉尖速比λ:

    式中:λ——葉尖轉(zhuǎn)速比;

    R——葉輪的半徑;

    ω——風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的角速度;

    n——風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.

    cp與葉尖速比和槳距角呈非線性關(guān)系,在固定風(fēng)速下,存在一個(gè)最優(yōu)葉尖速比λopt,使得cp獲得最大值cpmax,風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率最大.不同風(fēng)速對應(yīng)不同的最大輸出功率,設(shè)定風(fēng)速后,可以根據(jù)最佳葉尖速比得到最佳轉(zhuǎn)速,以控制永磁同步發(fā)電機(jī)工作于此轉(zhuǎn)速,同時(shí)控制風(fēng)力機(jī)輸出對應(yīng)的最大輸出功率,實(shí)現(xiàn)功率追蹤.

    1.2 PMSG 數(shù)學(xué)模型

    按照發(fā)電機(jī)慣例,三相永磁同步發(fā)電機(jī)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下.

    定子電壓方程:

    定子磁鏈方程:

    由式(3)和式(4)可以推導(dǎo)出:

    式中:Usd,Usq——定子電壓d軸和q軸分量;

    isd,isq——定子電流 d軸和q軸分量;

    ψsd,ψsq——定子磁鏈 d 軸和 q 軸分量;

    ψ0——轉(zhuǎn)子磁鏈;

    rs——定子繞組等效內(nèi)阻;

    Ld,Lq——定子繞組電感d軸和q軸分量;

    ωe——轉(zhuǎn)子電角速度.

    電磁轉(zhuǎn)矩方程:

    式中:Te——PMSG電磁轉(zhuǎn)矩;

    p——極對數(shù);

    ψf——永磁體磁鏈;

    Lls——定子繞組漏電感;

    Ldm——d軸勵磁電感;

    Lqm——q軸勵磁電感.

    正常工作情況下,PMSG的d軸與q軸電感差距很小,[3]式(6)可簡化為:

    2 變流器控制策略

    永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制主要集中在風(fēng)力機(jī)、機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器等方面,風(fēng)力機(jī)的槳距角控制主要在超過額定風(fēng)速時(shí)調(diào)節(jié)槳距角,從而減小風(fēng)能捕獲系數(shù),降低風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率,保證發(fā)電機(jī)工作在額定功率狀態(tài).[9]機(jī)側(cè)變流器主要控制發(fā)電機(jī),實(shí)現(xiàn)有功功率調(diào)節(jié)和最佳風(fēng)能跟蹤,網(wǎng)側(cè)變流器控制主要實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)無功功率輸出的控制.

    2.1 機(jī)側(cè)變流器控制

    機(jī)側(cè)變流器以控制發(fā)電機(jī)輸出有功功率為目標(biāo),采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、快速電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制策略,控制結(jié)構(gòu)如圖2所示.

    圖2 機(jī)側(cè)變流器控制結(jié)構(gòu)

    采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制,d軸定向于轉(zhuǎn)子磁鏈方向,q軸滯后d軸90°,PMSG定子電壓方程見式(5),采用id=0控制方式.

    通過控制q軸電流分量isq,可以間接控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速.由風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)特性可知,當(dāng)風(fēng)速固定時(shí),保證轉(zhuǎn)速為最優(yōu)轉(zhuǎn)速ωopt,風(fēng)力機(jī)可以輸出最大功率;通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,最終可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的最佳風(fēng)能跟蹤控制.

    2.2 網(wǎng)側(cè)變流器控制

    為將發(fā)電機(jī)捕獲的最大風(fēng)能饋入電網(wǎng),需對網(wǎng)測變流器進(jìn)行控制,確保直流側(cè)電壓穩(wěn)定和網(wǎng)測有功、無功解耦.本文采用電網(wǎng)電壓定向控制,選d軸定向于電網(wǎng)側(cè)電壓空間矢量方向,q軸沿電壓旋轉(zhuǎn)方向超前90°,建立同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系.采用雙閉環(huán)控制,外環(huán)為直流電壓環(huán),內(nèi)環(huán)為電流環(huán),實(shí)現(xiàn)直流電壓控制.為提高發(fā)電機(jī)效率,采用單位功率因數(shù)控制,輸出無功功率為零.網(wǎng)側(cè)變流器控制結(jié)構(gòu)如圖3所示.

    圖3 網(wǎng)側(cè)變流器控制結(jié)構(gòu)

    3 PMSG發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

    3.1 PMSG發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺

    PMSG發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺主要包含硬件主電路和控制系統(tǒng)兩部分.硬件主電路為直流電動機(jī)拖動PMSG發(fā)電,經(jīng)由機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器并網(wǎng);控制系統(tǒng)包括直流電動機(jī)控制子系統(tǒng)和永磁發(fā)電機(jī)控制子系統(tǒng),分別控制直流電動機(jī)和變流器.其中,由西門子調(diào)速器控制的直流電動機(jī)用來模擬風(fēng)力機(jī);永磁發(fā)電機(jī)組變頻器為背靠背雙PWM型變流器,采用DSP控制器控制并網(wǎng).

    3.2 PMSG硬件電路設(shè)計(jì)

    3.2.1 主電路

    系統(tǒng)額定容量為7.5 kW,主電路如圖4所示,主要包括直流電動機(jī)、PMSG發(fā)電機(jī)、背靠背變流器組、直流環(huán)節(jié)、并網(wǎng)濾波電感以及軟啟動開關(guān)等模塊.其中,直流環(huán)節(jié)帶有過壓電阻泄放電路,電網(wǎng)電壓跌落時(shí),直流環(huán)節(jié)能量通過電阻泄放,防止電容電壓過高;發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)采用軟啟動電路模式并網(wǎng),以減小并網(wǎng)沖擊.

    圖4 PMSG發(fā)電系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)

    直流電動機(jī)額定容量為15 kW,PMSG額定容量為7.5 kW,IGBT模塊最高耐壓為1 200 V,最大電流為50 A;直流側(cè)電壓為650 V,電容采用6個(gè)1.0 μF/1 200 V電容并聯(lián),連接濾波電感為0.96 mH.

    3.2.2 控制系統(tǒng)硬件電路

    控制單元采用具有150 MHz浮點(diǎn)運(yùn)算能力的DSP——TMS320F28335和FPGA結(jié)合的多處理器新型控制單元,主要包括DSP控制器、電壓電流檢測電路、IGBT驅(qū)動隔離電路以及繼電器控制電路等.

    3.3 PMSG控制軟件設(shè)計(jì)

    主程序和中斷程序流程圖如圖5和圖6所示.

    主程序主要完成系統(tǒng)初始化、外設(shè)中斷初始化、變量和常量定義和初始化、控制并網(wǎng)開關(guān)閉合、檢測直流側(cè)電壓、使能變流器、使能中斷及響應(yīng)中斷等.中斷程序完成實(shí)時(shí)性較高和復(fù)雜度較高的控制算法.本設(shè)計(jì)的中斷主要完成電壓電流信號的采樣、數(shù)據(jù)計(jì)算、電機(jī)側(cè)與網(wǎng)側(cè)電壓電流的dq變換、機(jī)側(cè)與網(wǎng)側(cè)電流比例-積分控制、功率比例-積分控制,最后執(zhí)行正弦脈寬調(diào)制生成PWM信號分別控制機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器.

    圖5 PMSG發(fā)電系統(tǒng)主程序流程

    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

    給定風(fēng)速3~12 m/s,風(fēng)速每20 s變換一次,每次遞加1 m/s,上位機(jī)根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)參數(shù)計(jì)算出最大功率處的最佳轉(zhuǎn)速,分別控制直流電動機(jī)和PMSG.

    圖6 PMSG發(fā)電系統(tǒng)中斷程序流程

    實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各部分參數(shù)見表1.

    表1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具體參數(shù)統(tǒng)計(jì)

    風(fēng)速恒定條件下,發(fā)電系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作,并網(wǎng)電壓和電流波形分別如圖7和圖8所示,電流頻率為50 Hz左右,符合并網(wǎng)要求.由實(shí)驗(yàn)波形可以看出,并網(wǎng)電壓和電流波形正弦形較好,諧波畸變較小,驗(yàn)證了所采用控制策略的有效性.

    圖7 并網(wǎng)電壓波形

    風(fēng)速變化條件下,采用階梯型風(fēng)速模型,在實(shí)驗(yàn)室條件下驗(yàn)證風(fēng)速變化對并網(wǎng)電流及功率的影響,根據(jù)風(fēng)速波動瞬間功率的變化情況,檢驗(yàn)了系統(tǒng)控制的有效性.風(fēng)速設(shè)定信號如圖9a所示,圖9b為對應(yīng)的功率趨勢曲線.由圖9可以看出,系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了最佳風(fēng)能追蹤,并且風(fēng)速變化時(shí),功率波動較小,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能.

    圖8 并網(wǎng)電流波形

    圖9 發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    4 結(jié)論

    (1)本文提出的最佳轉(zhuǎn)速給定的最佳風(fēng)能跟蹤控制,以轉(zhuǎn)速為中間信號,針對風(fēng)速條件確定情況,給定最優(yōu)轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)了最佳風(fēng)能跟蹤的控制策略,較適用于實(shí)驗(yàn)室條件下的風(fēng)力發(fā)電研究.(2)機(jī)側(cè)變流器采用d軸和q軸解耦控制,

    通過轉(zhuǎn)速環(huán)實(shí)現(xiàn)最佳風(fēng)能跟蹤控制,控制方法原理簡單、易于實(shí)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法在實(shí)驗(yàn)室條件下的良好控制效果.

    [1] TANG Y,XU L.A flexible active and reactive power control strategy for a variable speed constant frequency generating system[J].IEEE Transactions On Power Electronics,1996,10(4):472-478.

    [2] 夏長亮.永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其功率變換技術(shù)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2012,27(11):31-33.

    [3] LI Shuhui,TIMOTHY A Haskew,RICHARD P Swatloski.Optimal and direct-current vector control of direct-driven PMSG wind turbines[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2012,27(5):2 325-2 337.

    [4] KAZMI S M R,GOTO H,GUO H J,et al.A novel algorithm for fast and efficient speed-sensorless maximum power point tracking in wind energy conversion systems[J].IEEE Trans.on Industrial Electronics,2011,58(1):29-36.

    [5] 陳家偉,陳杰,龔春英.變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶寬最大功率跟蹤控制策略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2012,32(27):32-38.

    [6] WAI R J,LIN C Y,CHANG Y R.Novel maximum power extraction algorithm for PMSG wind generation system [J].IET Electr Power Applications,2007,1(2):275-283.

    [7] 趙仁德,王永軍,張加勝.直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2009,29(27):106-111.

    [8] 朱瑛,程明,花為,等.考慮損耗轉(zhuǎn)矩的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能跟蹤控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,23(19):39-46.

    [9] 葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002:82-105.

    [10] 卞松江,潘再平,賀益康.風(fēng)力機(jī)特性的直流電機(jī)模擬[J].太陽能學(xué)報(bào),2003,24(3):360-364.

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