基于比例谐振控制的双馈风力发电系统空载并网研究

彭飘飘 北方民族大学电气信息工程学院

基于比例谐振控制的双馈风力发电系统空载并网研究

彭飘飘 北方民族大学电气信息工程学院

提出双馈异步发电机的比例谐振控制策略，实现双馈风力发电系统的空载并网控制。通过双馈异步发电机的数学模型，建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电空载并网系统。文中结合比例谐振（Proportional Resonant，PR）控制器的特性，设计了空载比例谐振并网控制。与传统双馈异步发电机空载并网控制策略相比，不仅简化了控制算法，同时提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明，提出的控制策略可有效地实现双馈异步发电机的电网同步控制。

双馈风力发电；比例谐振控制；空载并网

引言

本文通过分析DFIG在两相同步旋转坐标系中的数学模型，建立了基于定子磁链定向的DFIG空载并网控制，引进能够对交流信号实现无静差控制的PR控制器，提出空载PR控制策略以实现DFIG的电网同步控制。与传统DFIG空载并网控制策略相比，PR控制策略减少了坐标旋转变换的次数，而且不需要使用受发电机参数影响的前馈补偿控制，简化了控制算法，提高了控制系统的鲁棒性。

1.传统双馈风力发电空载并网控制策略

首先，将电网电压、转子电流通过坐标旋转变换转换到同步旋转坐标系中。在同步旋转坐标系中，转子电流参考值与实际值的偏差通过PI控制器后与消除交叉耦合的前馈补偿项叠加，得到同步旋转坐标系中的转子电压控制量。然后，将转子电压从同步旋转坐标系反变换回两相静止坐标系，得到变换器应该输出的转子电压，从而实现DFIG的电网同步控制。

2.双馈风力发电空载并网PR控制

在定子磁链定向的同步旋转坐标系中已知转子电流d、q轴分量的给定值。对转子电流d、q轴分量给定值进行坐标变换后，得转子αβ坐标系中的转子电流指令值。通过实时检测转差频率对PR调节器进行调整，从而实现转子侧电流的自适应调节，从而实现双馈风力发电系统的同步并网控制。

本论文研究的空载比例谐振并网控制策略只需将转子电流参考值和实际值变换到两相静止坐标系中，两相静止坐标系中的PR控制器根据转子电流参考值与实际值的偏差直接产生转子电压，实现对DFIG的电网同步控制。

3.比例谐振并网控制策略与传统空载并网控制策略比较

分析图两种控制策略可知，与传统空载并网控制策略相比，空载并网PR空载策略具有以下优点：

a. 由于在两相静止坐标系中进行空载，控制器不需要将转子电流变换到两相同步旋转坐标系中处理后再将转子电压反变换回两相静止坐标系中进行控制，减少了坐标旋转变换的次数。

b. 空载并网PR控制不需采用包含发电机参数的前馈补偿控制，提高了控制系统的鲁棒性。

4.结论

本文提出DFIG的空载并网PR控制策略，以实现DFIG的电网同步控制。通过分析DFIG在两相同步旋转坐标系中的数学模型，引进能够对交流信号实现无静差控制的PR控制器，利用PR控制器来控制转子电流。通过Matlab/Simulink仿真结果表明：

(1)双馈风力发电系统空载并网PR控制，实现转子电流在两相静止坐标系下的无静差控制。

(2)转子电流PR控制器无需多次坐标旋转变换、不存在耦合项和前馈补偿项，控制简单，提高了系统的鲁棒性。

[1]苑国锋，柴建云，李永东．变速恒频风力发电机组励磁变频器的研究[J]．中国电机工程学报，2005，25(8)∶90-94．

[2]Pena R，Clare J C，Asher G M．Doubly fed induction generator using backto-back PWM converters and its application to variable-speed wind energy generation[J]．IEE Proceedings Electric power Applications，1996，143(3)∶587-591．

[3]刘其辉，贺益康，卞松江．变速恒频风力发电机空载并网控制[J]．中国电机工程学报，2004，24(3)∶6-11．

[4]郎永强，徐殿国，HADIANMREI S R等．交流励磁双馈电机分段并网控制策略[J]．中国电机工程学报，2006，26(19)∶133-138．

[5]赵宇，王奔，仇乐兵，等．基于变结构控制的变速恒频双馈风力发电并网控制[J]．电力自动化设备，2010，30(9)∶77-81．