無刷雙饋電機(jī)直接功率控制策略的研究

摘? 要：文章針對無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)統(tǒng)一矢量模型進(jìn)行理論分析，提出了一種直接功率控制策略，該策略對于無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率的控制效果較好，具有較強(qiáng)魯棒性。隨后在Matlab/Simulink中建立了無刷雙饋發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真模型進(jìn)行仿真試驗研究，驗證了控制系統(tǒng)有良好的性能。

關(guān)鍵詞：無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī);統(tǒng)一矢量模型;直接功率控制;仿真驗證;風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.9? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0012-03

Abstract： In this paper， a Direct Power Control System is proposed for the Brushless Doubly-Fed Induction Generator （BDFIG） based on the theoretical analysis of generalized vector model. The control system can effectively control the performance of the active power and reactive power. Then， an extensive simulation verification， using MATLAB/Simulink， is conducted on a 15 kW BDFIG. Simulink results show that the system has good control performance.

Keywords： Brushless Doubly-Fed Induction Generator; Generalized Vector Model; Direct Power Control; Simulation Verification; Wind Energy Conversion System

引言

近年來，無刷雙饋電機(jī)由于其在海上風(fēng)力發(fā)電和交流拖動系統(tǒng)（泵和風(fēng)機(jī)類負(fù)載）領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景而受到廣泛關(guān)注[1]。無刷雙饋電機(jī)定子由兩套不同極對數(shù)的繞組組成：功率繞組接電網(wǎng)，控制繞組接變流器三相輸出。轉(zhuǎn)子有多種結(jié)構(gòu)，本文研究用樣機(jī)為特殊籠型轉(zhuǎn)子[2]，即無刷雙饋感應(yīng)電機(jī)。

本文通過對功率繞組電壓定向的統(tǒng)一矢量模型的分析，提出了一種新型的有功和無功功率直接控制策略，該控制策略避免了對電機(jī)參數(shù)的依賴，且僅有兩個PI調(diào)節(jié)器，使得控制系統(tǒng)更加簡化。為了驗證直接功率控制的優(yōu)越性，搭建了Matlab/Simulink仿真實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行控制策略的試驗。試驗結(jié)果表明直接功率控制策略具有良好的動靜態(tài)性能。

3 仿真試驗

為了驗證所提出的直接功率控制方法的性能，運(yùn)用Matlab/Simulink進(jìn)行了仿真實驗。

3.1 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行響應(yīng)

圖2所示為直接功率控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的有功功率、無功功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果。發(fā)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速為650r/min，轉(zhuǎn)矩為-50N·m，有功功率參考值為-4kW（發(fā)電），無功功率參考值為0。由圖2可得出，控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時對有功和無功功率控制效果良好，脈動較小。

3.2 動態(tài)運(yùn)行響應(yīng)

圖3所示為無刷雙饋感應(yīng)電機(jī)由風(fēng)力機(jī)拖動發(fā)電時的有功功率、無功功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速動態(tài)運(yùn)行仿真波形。風(fēng)力機(jī)輸出功率為無刷雙饋感應(yīng)電機(jī)的有功功率參考值，風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩帶動無刷雙饋感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動，無功功率參考值設(shè)定：0～2s為-2000var，2～4s為2000var，4～6s為-2000var，風(fēng)速為隨機(jī)給定。

4 結(jié)束語

本文在無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的統(tǒng)一矢量模型的基礎(chǔ)上提出了直接功率控制策略。通過仿真試驗可以看出，控制系統(tǒng)有功功率和無功功率的脈動較小、功率器件的開關(guān)頻率固定，具有良好動靜態(tài)響應(yīng)，并且控制系統(tǒng)只需兩個PI調(diào)節(jié)器。在Matlab/Simulink中建立了無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的仿真模型，通過仿真試驗的驗證，證明了所提出的控制策略具有良好的動靜態(tài)性能。

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