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关于风力发电论文范文 双馈风力发电系统转子侧功率控制策略相关论文写作参考文献

分类:职称论文 原创主题:风力发电论文 更新时间:2024-02-02

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摘 要:在电网电压稳定和降落时,要求双馈风力发电系统能够根据系统的需求及时的调整功率的输出.分析了双馈风力发电机的数学模型,在电网电压稳定时采用传统基于电网电压定向的矢量控制,在电压降落时采用计及定子电压波动的改进控制策略.利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型,仿真结果表明:在电网电压稳定和电网电压降落时有效实现有功功率和无功功率的解耦.电网电压降落时,双馈风力发电机能够实现无功调压.采用PI控制器,系统响应快、超调小,验证了控制策略的准确定性,

关键词:双馈风力发电系统;电网电压降落;功率控制;无功调压

DOI:10.15938/j.jhust.2015.05.004

中图分类号:TM273

文献标志码:A

文章编号:1007-2683(2015)05-0020-05

0 引言

双馈风力发电系统的功率控制技术是研究风力发电系统的关键技术之一.双馈风力发电机(DFIG)转子侧主要控制发电机向电网输送有功功率和无功功率.有功功率通过最大风能追踪控制策略实现有功功率的输出;无功功率根据电网的需求来调节功率因数.主要有矢量控制策略和直接功率控制技术和自适应控制等技术.

在电网稳定运行时,传统的控制策略都忽略了定子电压的动态变化量和磁链的动态变化量,使控制模型得以简化,便于模型的搭建.但从系统的运行来看,由于电网负荷的增减等因素都造成电网电压的波动,而电网不可能一直保持稳定运行状态,因此研究在电网电压波动时,使双馈风力发电机的能够良好的适应电网的波动,对提高双馈风力发电系统的鲁棒性具有重要意义.

本文考虑到电网电压降落和风速变化两个因素对双馈发电机及其控制策略的影响,在理想电网基础上,提出改进基于电网电压定向的矢量控制策略,通过Matlab/Simulink搭建系统仿真模型,在理想电网和电网电压降落情况下,系统实现了有功功率和无功功率独立控制以及无功调压.

1 双馈风力发电系统数学模型

双馈发电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统.其系统结构如图1所示.

1.1 双馈风力发电机的数学模型

以同步旋转dq为坐标系,定子、转子均采用电动机惯例,双馈发电机的数学模型如下:

定、转子电压方程可表示为(略写零序分量):式中:uds、uqs、udr、uqr分别为定子、转子电压的d、q轴分量;ids、iqs、idr、iqr分别为定子、转子电流的d、q轴分量;ψds、ψqs、ψdr、ψqr分别为定子、转子磁链的d、q轴分量;rs、rr分别为定、转子的电阻;Ls、Lr、Lm分别为定、转子的白感和互感;ω1、ωr分别为同步转速和实际转速.

1.2 改进转子侧控制侧略

在双馈风力发电机模型基础之上,推导出定子电流、转子磁链方程如下:

由式(6)或(7)中看出,传统的控制策略中,只考虑到了电压的稳态分量和稳态电压补偿项,忽略了电压的动态分量.在电网稳定运行时,忽略动态分量对于系统没有影响,但当电网电压发生波动时,该控制策略就具有一定的局限性,因此改进的控制策略中,考虑到定子电压的波动对于系统的影响,将电压的动态分量加入到定子电压中,使系统更好的适应电网电压的波动,提高控制模型的准确性,

采用基于电网电压定向的改进矢量控制策略,其坐标表示如图2所示.uds等于us,uqs等于0,ψds等于O,us为电网电压的幅值,忽略了定子电阻,则q轴的磁链可近似为: .将其代人到式(6)中,转子电压方程为:

定子输出的有功无功功率为

由上式可以看出,分别调节转子d轴电流idr和q轴电流iqr可实现对有功功率和无功功率的解耦控制,当电网电压降落时,控制系统保持有功功率基本不变,使其仍很好的跟随最大风能追踪,而通过增加无功功率,可以补偿电网电压的降落,从而实现了无功参和调节电网电压,

传统的基于定子电压定向的矢量控制策略,忽略了电网电压的波动对系统的影响,使控制系统得以简化,但其只能运行在理想电网条件下,具有一定的局限性,改进的控制策略考虑到定子电压、电流、磁链的动态变化,重新推导转子电压方程,将电网电压的动态变化量加入到转子侧的电压中.和传统的控制策略相比较,在电网电压波动时,转子侧电压能及时跟随电网电压的变化而实时调整,提高了控制的准确性和系统的鲁棒性并实现电网降落时无功调压.

1.3 改进基于电网电压定向的矢量控制系统

网侧控制策略参考文献,本文不再赘述.发电机励磁系统采用双闭环的PI控制结构.外环为功率控制环,内环为电流控制环.相比于电流外环和转速内环闭环控制,通过给定功率参考值,将定子输出功率和转子电流和电压建立直接关系,提高了系统控制的准确性.本文采用基于功率给定的MPPT控制策略,将风机输出功率作为系统的参考功率,无功功率参考值则根据系统的需求给出,采用PI控制器,在传统的控制策略基础之上增加了动态补偿项,经坐标变换,作为SVPWM的控制信号.改进的控制策略系统和传统控制策略系统相比较,增加了电网电压的动态分量,增加模型的利用范围,提高了整个系统的鲁棒性.其控制结构如图3所示.

总结:本论文为免费优秀的关于风力发电论文范文资料,可用于相关论文写作参考。

参考文献:

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