基于比例諧振控制的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)空載并網(wǎng)研究

彭飄飄 北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

基于比例諧振控制的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)空載并網(wǎng)研究

彭飄飄 北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

提出雙饋異步發(fā)電機(jī)的比例諧振控制策略，實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的空載并網(wǎng)控制。通過雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立了基于定子磁鏈定向的雙饋風(fēng)力發(fā)電空載并網(wǎng)系統(tǒng)。文中結(jié)合比例諧振（Proportional Resonant，PR）控制器的特性，設(shè)計(jì)了空載比例諧振并網(wǎng)控制。與傳統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)控制策略相比，不僅簡化了控制算法，同時提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。仿真結(jié)果表明，提出的控制策略可有效地實(shí)現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)同步控制。

雙饋風(fēng)力發(fā)電；比例諧振控制；空載并網(wǎng)

引言

本文通過分析DFIG在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，建立了基于定子磁鏈定向的DFIG空載并網(wǎng)控制，引進(jìn)能夠?qū)涣餍盘枌?shí)現(xiàn)無靜差控制的PR控制器，提出空載PR控制策略以實(shí)現(xiàn)DFIG的電網(wǎng)同步控制。與傳統(tǒng)DFIG空載并網(wǎng)控制策略相比，PR控制策略減少了坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換的次數(shù)，而且不需要使用受發(fā)電機(jī)參數(shù)影響的前饋補(bǔ)償控制，簡化了控制算法，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。

1.傳統(tǒng)雙饋風(fēng)力發(fā)電空載并網(wǎng)控制策略

首先，將電網(wǎng)電壓、轉(zhuǎn)子電流通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中。在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子電流參考值與實(shí)際值的偏差通過PI控制器后與消除交叉耦合的前饋補(bǔ)償項(xiàng)疊加，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電壓控制量。然后，將轉(zhuǎn)子電壓從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系反變換回兩相靜止坐標(biāo)系，得到變換器應(yīng)該輸出的轉(zhuǎn)子電壓，從而實(shí)現(xiàn)DFIG的電網(wǎng)同步控制。

2.雙饋風(fēng)力發(fā)電空載并網(wǎng)PR控制

在定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中已知轉(zhuǎn)子電流d、q軸分量的給定值。對轉(zhuǎn)子電流d、q軸分量給定值進(jìn)行坐標(biāo)變換后，得轉(zhuǎn)子αβ坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子電流指令值。通過實(shí)時檢測轉(zhuǎn)差頻率對PR調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的同步并網(wǎng)控制。

本論文研究的空載比例諧振并網(wǎng)控制策略只需將轉(zhuǎn)子電流參考值和實(shí)際值變換到兩相靜止坐標(biāo)系中，兩相靜止坐標(biāo)系中的PR控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子電流參考值與實(shí)際值的偏差直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電壓，實(shí)現(xiàn)對DFIG的電網(wǎng)同步控制。

3.比例諧振并網(wǎng)控制策略與傳統(tǒng)空載并網(wǎng)控制策略比較

分析圖兩種控制策略可知，與傳統(tǒng)空載并網(wǎng)控制策略相比，空載并網(wǎng)PR空載策略具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a. 由于在兩相靜止坐標(biāo)系中進(jìn)行空載，控制器不需要將轉(zhuǎn)子電流變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中處理后再將轉(zhuǎn)子電壓反變換回兩相靜止坐標(biāo)系中進(jìn)行控制，減少了坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換的次數(shù)。

b. 空載并網(wǎng)PR控制不需采用包含發(fā)電機(jī)參數(shù)的前饋補(bǔ)償控制，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。

4.結(jié)論

本文提出DFIG的空載并網(wǎng)PR控制策略，以實(shí)現(xiàn)DFIG的電網(wǎng)同步控制。通過分析DFIG在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，引進(jìn)能夠?qū)涣餍盘枌?shí)現(xiàn)無靜差控制的PR控制器，利用PR控制器來控制轉(zhuǎn)子電流。通過Matlab/Simulink仿真結(jié)果表明：

(1)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)空載并網(wǎng)PR控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的無靜差控制。

(2)轉(zhuǎn)子電流PR控制器無需多次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換、不存在耦合項(xiàng)和前饋補(bǔ)償項(xiàng)，控制簡單，提高了系統(tǒng)的魯棒性。

[1]苑國鋒，柴建云，李永東．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組勵磁變頻器的研究[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25(8)∶90-94．

[2]Pena R，Clare J C，Asher G M．Doubly fed induction generator using backto-back PWM converters and its application to variable-speed wind energy generation[J]．IEE Proceedings Electric power Applications，1996，143(3)∶587-591．

[3]劉其輝，賀益康，卞松江．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)控制[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24(3)∶6-11．

[4]郎永強(qiáng)，徐殿國，HADIANMREI S R等．交流勵磁雙饋電機(jī)分段并網(wǎng)控制策略[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26(19)∶133-138．

[5]趙宇，王奔，仇樂兵，等．基于變結(jié)構(gòu)控制的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)控制[J]．電力自動化設(shè)備，2010，30(9)∶77-81．