雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究

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1、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究17第26卷第1期2010年1月電力科學(xué)與工程ElectricPowerScienceandEngineeringVol.26,No.

2、1Jan.,20105雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究張照彥1，馬永光2（1.華北電力大學(xué)仿真與控制技術(shù)研究所，河北保定，071003；2.華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北保定，071003）摘要：闡述了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理，并建立了雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；分析研究了雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前定子電壓控制與并網(wǎng)發(fā)電后的有功無(wú)功控制原理；在STAR-90仿真支撐平臺(tái)上建立仿真模型，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了雙饋異步發(fā)電機(jī)模型和控制模型的正確性和有效性。關(guān)鍵詞：雙饋異步發(fā)電機(jī)；仿真模型；STAR-90仿真支撐平臺(tái)中圖分類號(hào)：TM312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0

3、引言結(jié)果，結(jié)果顯示：本文建立的雙饋異步發(fā)電機(jī)模型以及控制模型符合發(fā)電機(jī)的特性。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)高速發(fā)展，目前主流的風(fēng)電機(jī)組為交流勵(lì)磁變速恒頻風(fēng)電機(jī)組。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與恒速恒頻發(fā)電技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)越性，首先提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，降低了由風(fēng)施加到風(fēng)力機(jī)上的機(jī)械應(yīng)力；其次通過對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁電流幅值﹑頻率和相位可調(diào)的控制，實(shí)現(xiàn)了變速下的恒頻運(yùn)行，通過矢量變換控制還能實(shí)現(xiàn)輸出有功和無(wú)功功率的解耦控制，提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性和動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性[1]。變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)部分多采用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)。如參考文獻(xiàn)[2]采用的是dq/abc混合坐標(biāo)下的電機(jī)

4、模型，該模型考慮了雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與系統(tǒng)間變流器的作用，建立了適用于諧波分析的雙饋電機(jī)動(dòng)態(tài)模型，但模型階數(shù)較高；參考文獻(xiàn)[3]以雙饋電機(jī)運(yùn)行機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)磁鏈、電勢(shì)、電流的關(guān)系推導(dǎo)出雙饋電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要補(bǔ)充模擬轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁電壓特性的控制變量，與發(fā)電機(jī)的電氣受控變量之間控制關(guān)系。本文介紹了雙饋異步發(fā)電機(jī)的工作原理，分析了發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括并網(wǎng)前的數(shù)學(xué)模型和并網(wǎng)后的數(shù)學(xué)模型，分析討論了雙饋異步發(fā)電機(jī)控制模型，最后在STAR-90仿真支撐平臺(tái)上得出仿真收稿日期：200922。1雙饋異步發(fā)電機(jī)工作原理雙饋異步發(fā)電機(jī)由繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)

5、和在轉(zhuǎn)子電路上帶交流勵(lì)磁變頻器組成。發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的功率由兩部分組成：即直接從定子輸出的功率和通過變頻器從轉(zhuǎn)子輸出的功率。風(fēng)力機(jī)的機(jī)械速度是允許隨著風(fēng)速而變化的。通過對(duì)發(fā)電機(jī)的控制，使風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在最佳葉尖速比，從而使整個(gè)運(yùn)行速度的范圍內(nèi)均有最佳風(fēng)能利用系數(shù)[4]。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。渦輪AC/DC轉(zhuǎn)換AC轉(zhuǎn)子風(fēng)傳動(dòng)線定子三相網(wǎng)絡(luò)DCACL圖1變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1Variablespeed,pitchcontrolleddoubly-fedinductiongenerator雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速運(yùn)行，是建立在交流勵(lì)磁變速恒頻發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上

6、的。當(dāng)風(fēng)速變化引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速使r，6電力科學(xué)與工程2010年定子輸出頻率s=m±μíóú????Dy×a′?3?μ?×a?ù??óú????Dy×a′?3?μ?×a?ùμèóú????Dy×a′?3?μ?×a?ùr=0，變頻器應(yīng)向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁。在不計(jì)鐵耗和機(jī)械損耗的情況下，可以得到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的能量流動(dòng)關(guān)系：r=sCu+r=(2)sCurCu式中下標(biāo)s和r分別代表定子量和轉(zhuǎn)子量；r為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變頻器輸入的電功率；s17Cu為定子繞組銅耗；為轉(zhuǎn)差率。在式（2）中等號(hào)左側(cè)以輸入功率為正，右側(cè)以輸出功率為正，在忽略定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗條件下，可近似為>0，，

7、1=11111?a?￠???×ó￡?；2=2+222+2+1111?a×??D￡?2222e=3式中m1=emm為發(fā)電機(jī)的角速度；為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)；為磁鏈；(8)第1期張照彥，等雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)建模與仿真研究7方程式中，得到空載發(fā)電機(jī)模型。定子電壓方程：+1+1軸2=22+2+22sＦｉｇ．２Ｅｘｐｌｉｃａｔｉｖｅｔｏｓｔａｔｏｒ－ｆｌｕｘｏｒｉｅｎｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ+1與1，2222(13)定、轉(zhuǎn)子電壓與電流之間的關(guān)系：221=0，因而發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于定子電壓，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)矢量190°，故1位于1為定子電壓矢量1+2222122(15)=

8、017電磁轉(zhuǎn)矩方程：空載時(shí)DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩為零，即：1m1=m1