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功率协调控制在双馈风力发电系统中的应用

作者:ag电玩 发布时间:2020-07-26 16:47 点击数:

  策略。基于该策略设计了一种高效且具有DSP+FPGA双CPU架构的风电并应用到双馈风力发电系统中。实验结果表明该控制器并网冲击小、动态响应快、并网电能质量好。

  近年来,能源问题已成为世界各国共同面临的问题,风力资源作为一种可再生的清洁能源受到全世界的高度重视。DFIG以其优良的特性,在整个风力发电市场中占有相当大的比重,因此研究双馈风力发电机的控制策略,提高风力发电系统的效率显得尤为关键。

  在此首先分析了DFIG的动态数学模型,并基于数学模型,搭建其仿真模型。基于文献,提出一种改进的功率协调控制策略,然后在此控制策略基础上,开发研制出双馈风电变流控制器,实现了变速恒频发电及有功、无功功率的独立控制。经实际应用验证,流经变流器的功率仅是额定功率的一小部分,大大减小了变流器的容量,从而有效降低了成本。

  双馈发电机的动态性能复杂,定、转子绕组之间的耦合系数会随位置的变化而变化,即使忽略磁饱和效应,运动方程的系数仍是时变函数,这也导致了系统建模的非线性。

  为便于系统建模,在此将三相静止a,b,c坐标系下的DFIG数学模型等效到两相同步旋转d,q坐标系下,采用发电机惯例建模。为便于分析,先假设:①忽略空间谐波,设三相绕组对称,在空间中互差120电角度,所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦规律分布;②忽略磁路饱和,认为各绕组的自感和互感都是线性的;③忽略铁心损耗,不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。由此可得到图1所示双馈风力发电机的d,q轴动态等效电路。由图1可得发电机在d,q坐标系下的电压.电流方程为:

  原动机产生的机械转矩拖动发电机,如果机械转矩Tm与Te不匹配,负载转矩则跟随转速而变化,转矩之差使转子加速,从而有:

  式(1)~(3)是DFIG在d,q参考坐标系下按发电机惯例的动态数学模型。

  为了实现变速恒频发电,通常对交流励磁电机的调节方式有功率调节、转矩调节、转速调节等几种。这里采用的是功率协调控制策略。

  功率调节包括有功功率Ps和无功功率Qs的调节,即给出有功功率指令Ps*、无功功率指令Qs*,并使交流励磁电机定子侧输出的有功、无功功率达到给定的指令值。根据分析,在交流励磁发电机并网后有:

  由式(4),(5)可见,交流励磁电机转子侧电流在q轴上的分量iqr与定子侧输出的有功功率Ps成线性关系,转子侧电流在d轴上的分量idr与定子侧输出的无功功率Qs成线性关系,即可通过调节idr,iqr来直接调节Ps,Qs。同时,交流励磁电机转子侧电压udr,uqr与idr,iqr也存在线性关系,则只需通过调节udr,uqr即可间接调节Ps,Qs,并使之达到Ps*,Qs*。而udr,uqr经旋转变换后得到相应的转子电压控制指令ur*,ur*,并将它们作为调制信号发出SVPWM脉冲控制变流电路中IGBT的通断,产生幅值、频率、相位均为所需的三相交流励磁电源,实现变速恒频以及Ps,Qs的独立调节控制。根据上述分析,可得转子侧变换器功率协调控制的系统结构图如图2所示。

  此电压补偿量算法的最大特点是可直接进行补偿量计算,操作简单且易于算法实现,将其应用于双馈风力发电控制系统能缩短响应时间,有效提高系统的动态性能。


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