第32卷　第1期2008年1月10

日Vol.32　No.1Jan.10,2008

双馈异步风力发电机开关频率恒定的直接功率控制

郭晓明,贺益康,何奔腾

(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)

摘要:与矢量控制相比,直接功率控制(DPC)结构简单,应用于风电系统的双馈异步发电机(DFIG)能简化变频器控制结构,提高系统动态性能。在分析DFIG暂态数学模型的基础上推导了内部状态量与控制量之间的关系,提出了分别基于转子磁链、转子电流和电磁转矩的3种DPC策略,并通过引入空间矢量调制(SVM)技术使DPC策略的开关频率保持恒定。这些策略在电网正常情况下能获得优良的静态性能,而在非正常运行状态各自表现出不同的动态特性,的控制目标。理论分析与仿真实验证明,DPC、无功功率的解耦控制;电网电压波动时基于转子磁链DPC(RF2,缩短振荡时间;基于转子电流DPC(RC2DPC);DPC(EMT2DPC)关键词:;;定开关频率中图分类号0　引言

变速恒频发电是当前风能开发利用中的主流技术,而双馈异步发电机(DFIG———doubly2fedinductiongenerator)又是其主要的发电机类型[123]。DFIG风电机组具有有功、无功功率独立调节能力,可实现最大风能追踪和变速恒频运行;且由于励磁用脉宽调制(PWM)变频器容量远小于风电机组额定容量,降低了制造成本。由于这些特点使目前全球80%以上风电机组的装机容量由DFIG提供。

DFIG的核心控制部件是PWM励磁变频器,其主要控制策略有矢量控制和直接功率控制(DPC)。矢量控制控制精度高、开关频率恒定[225],DPC结构简单、动态性能好[629]。其中矢量控制及其电网不对称故障下持续运行的研究已经取得了不少成果[223],但该方法的主要缺点是系统结构复杂,因而DPC逐渐成为研究热点。传统DPC采用形式固定的开关表,无法满足DFIG的高精度控制需求,且开关频率不恒定带来了电力滤波器设计上的困难,为此已有专家提出多种改进DPC方法,但都不能满足变速恒频风电机组的控制精度要求。

为弥补DFIG变频器中引入DPC的不足,本文在DFIG同步速坐标系精确模型的基础上,通过3组不同的状态方程推导出特性各异的3种DPC

方法,最后通过空间矢量调制(SVM)[10]技术输出开关频率恒定的转子电压实现对转子的交流励磁控制。通过对1台2MWDFIG风电机组控制方案的仿真研究证明,在电网电压平衡稳定条件下,3种方法均能实现有功、无功解耦控制并表现出优良的静态性能;而在电网电压波动时3种DPC方法性能各异,可满足不同控制目标的需求。

1　改进的DFIG系统DPC策略

图1是同步速坐标系下采用电动机惯例的DFIG等效电路模型,其中转子侧电量均已折算到定子侧

。

收稿日期:2007204226;修回日期:2007208214。国家自然科学基金资助项目(50577056)。

图1　DFIG在d2q坐标系下电路图Fig.1　EquivalentcircuitofaDFIGinthe

d2qreferenceframe

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