變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)仿真研究

　　1 引言

　　風力發(fā)電是利用風能的一種有效形式，受到了廣泛的關注。和常規(guī)風力發(fā)電系統(tǒng)相比，變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)具有功率因數(shù)可調、效率高等優(yōu)點，同時變換器連接在轉子回路，僅處理雙向流動的轉差功率，不僅具有變換器體積小、重量輕、成本低的特點，更可實現(xiàn)機電系統(tǒng)的柔性連接。

　　本文采用dfig功率控制來實現(xiàn)最大風能追蹤的實施方案?；谧畲箫L能追蹤的需要，將磁場定向矢量控制技術應用到dfig運行控制上，形成了基于定子磁鏈定向的dfig有功、無功功率解耦控制策略;采用雙pwm型變換器作為轉子的勵磁電源，基于電網電壓定向矢量控制技術，實現(xiàn)了網側變換器交流側單位功率因數(shù)控制和直流環(huán)節(jié)電壓控制。

　　在建立雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型基礎上，對整個系統(tǒng)進行了仿真分析，驗證了該方案的正確性和可行性。

　　2 變速恒頻雙饋風力發(fā)電機的運行原理

　　雙饋型異步發(fā)電機(dfig)采用繞線轉子感應發(fā)電機，定子直接接電網，在轉子側施加交流勵磁來控制發(fā)電機的轉矩。由dfig實現(xiàn)的交流勵磁，可以通過調節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位實現(xiàn)靈活的控制;改變轉子勵磁電流的頻率，dfig可以實現(xiàn)變速恒頻控制;改變轉子勵磁電流的相位，可以調節(jié)有功功率和無功功率。

　　本文采用雙pwm變換器作為dfig轉子勵磁電源系統(tǒng)，如圖1所示。兩個三相電壓源型pwm全橋變換器采用直流鏈連接，靠中間的濾波電容穩(wěn)定直流母線電壓。轉子側變換器向dfig的轉子繞組饋入所需的勵磁電流，實現(xiàn)dfig的矢量控制及輸出解耦的有功功率和無功功率進而實現(xiàn)可逆運行。網側變換器在實現(xiàn)能量雙向流的同時，控制著直流母線電壓的穩(wěn)定，以及對網側的功率因數(shù)進行調節(jié)。

　　3 雙饋異步發(fā)電機的數(shù)學模型

　　為了實現(xiàn)雙饋電機的高性能控制，采用磁鏈定向的矢量變換技術，通過坐標變換和磁鏈定向，將dfig定子電流分解成相互解耦的有功分量和無功分量分別控制，從而實現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制。定子采用發(fā)電機慣例，轉子采用電動機慣例，建立了同步旋轉坐標系下的dfig的數(shù)學模型。

　　式中ωs為dq坐標軸相對于轉子的角速度;ω1為定子頻率的同步角速度;usd、usq、urd、urq、isd、isq、ird、irq分別是定、轉子電壓和電流在dq軸的分量;ψsd、ψsq、ψrd、ψrq分別是定、轉子磁鏈的dq軸分量;np為電機極對數(shù)。

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