基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制.pdfVIP

第35卷第8期 太阳能学报 2014年8月 ACTAENERGIAESOLARIS SINICA 文章编号：0254．0096(2014}08．1319．08 基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制 蒋说东，刘 军 (西安理工大学自动化与信息工程学院，西安710048) 摘要：针对目前感应电机无源性控制方法的不足，提出一种基于无源化方法的双馈感应风力发电机功率控制方 案。该方案从功率控制的角度考虑，设计新的状态期望值计算方法。根据定子端有、无功功率目标值直接计算出 定子电流的期望值，从而实现有功功率和无功功率的独立控制；然后结合定子电压方程计算出转子电流参考值。 此计算方法无需给定定子磁链，从而可避免给定定子磁链不准确而引起定、转子电流及定子磁链跟踪误差的问题； 设计定子电流反馈控制器，不仅可改善系统的无源性，且可提高定子电流和定子磁链的跟踪性能。仿真结果表明 所提控制策略是有效的。 关键词：双馈感应风力发电机；无源性控制；独立控制；定子电流反馈 中图分类号：TP273；TM315文献标识码：A 制器，PI控制器输出定为期望转矩，实现负载转矩 0引言 时变未知情形下控制系统期望的动、静态性能。然 双馈感应风力发电机(DFIG)是一种典型的非而对于双馈感应风力发电机而言，首先负载转矩为 线性、多变量、强耦合系统，传统的矢量控制方法依 风力机的输出机械转矩，它与风速、风力机的桨距 赖于系统的精确解耦，存在依赖系统参数以及鲁棒 角以及转速都有关系，其形式难以确定且无法精确 性差和控制算法复杂等缺点…。针对这些问题，文 进行在线估计；其次作为并网型风力发电机系统， 献[2，3]将无源性概念引人到电机控制中，其基本必然要求有功、无功功率的独立控制；这些条件限 思想是：通过配置系统能量耗散特性方程中的无功 制了无源控制在风力发电机系统中的应用。 分量，迫使系统总能量来跟踪预期的能量函数，从 本文主要针对如下3个问题进行改进：1)现有 而保证系统的稳定性，并使得系统的状态变量渐近 无源控制方法及改进方案虽实现了负载转矩时变 地收敛到设定值，其优点在于控制器的设计不需要 未知情形下对电机的良好控制，但采用了转速外 对对象模型进行精确线性化，从而有效地提高了控 环，转矩内环的控制结构。此方法虽能获得对转速 制系统的鲁棒性，且控制律的设计是全局稳定的。 及转矩较好的控制效果，但无法实现有功功率、无 文献[3，4]用无源性方法研究了异步电动机的转矩功功率的独立控制；2)定子磁链期望值由外部给 和转速跟踪控制，但这些方法都是在假设负载转矩 定，在风力发电系统中由于风速是随机变化的，为 形式已知的条件下实现的。文献[5—8]研究了负载实现最大风能跟踪，发电机的转速也在实时变化， 转矩未知时变情形下异步电动机的无源性跟踪控 如果不考虑转速的变化对定子磁链的影响，会导致 制，给出了未知时变负载转矩的实时估计方法和控 电流及磁链的跟踪误差，影响功率的控制效果；3) 制器设计方法。文献E9，10]对仪召坐标系下的DFIG未设计定子电流反馈控制，因而定子磁链的控制是 模型进行了无源性分析，并设计了相应的无源控制 开环的，不能提高对定子磁链的控制速度。对上述 器，取得了良好的控制效果，但在设计期望转矩时 3个问题，首先根据定子端有功、无功功率目标值直 需要精确的负载转矩。文献[11，123利用无源化方接计算出定子电流的期望值，从而实现有功功率和 法设计转矩控制器，利用PI控制设计转速控 无功功率的独立控制，同时通过设定合适的功率参 收稹日期：2012-05．07 基金项目：西安市科技计划(CXl250)；陕西省教育厅基金(2010JK72