双馈发电系统的控制

双馈发电系统的控制第1页/共19页一、双馈发电系统变速运行变速风力发电机的运行可分为几个阶段1启动阶段、发电机转速从静止上升到切入风速下，电机并没有工作，不涉及变速控制，只是风轮在做机械转动。2最佳叶尖速比运行区，机组切入电网后运行在额定风速以下的区域，开始发电，根据风速的变化，变速风力发电机可以在限定的任何转速下运行，最大限度的获取能量。3恒转速运行区，叶轮转速保持恒定。4恒功率运行区，机械和电气极限要求转子速度和输出功率维持在限定值以下，功率输出恒定。

第2页/共19页风力机运行有三个工作区1工作区1,变速/最佳叶尖速比工作区；2工作区2，恒速/可变叶尖速比工作区；3工作区3，变速/恒功率工作区。是切入风速，是最大允许风轮转速，是额定风速，是大风机关机风速。按照变速型风力机的运行特点，基本控制策略为：低风速段，恒定值运行，保持最佳叶尖速比，最大能量捕获效率，直到转速达到极限，然后按照恒定转速控制，直到功率最大，然后恒功率控制。第3页/共19页第4页/共19页第5页/共19页二、转子侧变流器的矢量控制

转子侧变流器的控制目的是通过改变励磁电流的幅值和频率，实现变速横频系统的有功功率和无功功率的调节。变速恒频风力机组的一个主要特点是发电机转速跟随风速的变化而变化，要保证并网侧的恒频恒压输出，必须从发电机的结构形式、电磁关系入手，制定控制策略。适用于绕线转子双馈式变速横频风力发电机组的控制策略有矢量控制、直接转矩控制、直接功率控制等。第6页/共19页

由于双馈发电机的电路存在磁路上的耦合，双馈发电机在三相坐标下的数学模型是非线性、时变、强耦合的高阶系统，为了实现励磁电流和转矩电流（即有功功率和无功功率）的解耦控制，双馈发电机一般都采用矢量控制技术。

矢量控制的基本思想是:

利用坐标变换将三相系统转换为两相系统，再通过按转子磁场定向的同步旋转变换实现了定子磁链分量与转矩电流分量的解耦，从而达到对交流电机的磁链与电流分别控制的目的。这样交流电机可以等效为直流电机，控制转矩电流，获得与直流电机同样优良的静动态性能。第7页/共19页

由于d-q坐标系两轴互相垂直，之间没有互感的耦合关系，当三相静止坐标系中的电压和电流是对称正弦交流时，等效的两相变量是直流，便于控制。三相两相变换第8页/共19页定子磁链定向矢量控制第9页/共19页总结：双馈发电机可以实现有功、无功功率的调节，按照风力发电机的转速功率输出曲线，给定不同风速、发电机转速情况下的功率输出目标，额定风速以下以最佳叶尖速度比运行，额定风速以上，以限制功率输出方式运行。有功功率决定于转子侧励磁电流q轴分量大小，无功功率决定于转子侧励磁电流d轴分量大小，经过控制算法，给定转子侧励磁电流，电压大小d、q轴分量，经过旋转坐标系变换后，转换为静止坐标系下a、b、c分量，再通过PWM输出。第10页/共19页三、转子侧变流器的直接转矩控制

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后又一新型具有高性能的交流变频调速技术。直接转矩控制的基本思想：以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。与矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，而将定子电流分解为转矩分量和励磁分量，从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单的通过检测发电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算发电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值的符号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能，能实现转矩和磁链的直接控制。第11页/共19页特点：

它在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂、特性易受发电机参数变化的影响、实际性能难于达到理论分析结果等问题。在普通感应发电机直接转矩控制中，靠控制定子磁链来控制转矩，而双馈发电机的直接转矩控制通过控制转子磁链走走停停，来控制发电机转矩，调节转速。第12页/共19页直接转矩控制系统第13页/共19页第14页/共19页第15页/共19页第16页/共19页四、转子侧变流器的直接功率控制

由于采用直接转矩控制的双馈发电机启动和低速运行时系统性能较差，在直接转矩控制的基础上，提出了直接功率控制，从而克服了系统性能高度依赖精确的电机参数的缺点，简化了系统设计，提高了系统稳态、暂态性能，是一种有发展前景的控制策略。第17页/共19