基于比例諧振控制的雙饋風力發電系統空載并網研究

彭飄飄 北方民族大學電氣信息工程學院

基于比例諧振控制的雙饋風力發電系統空載并網研究

彭飄飄 北方民族大學電氣信息工程學院

提出雙饋異步發電機的比例諧振控制策略，實現雙饋風力發電系統的空載并網控制。通過雙饋異步發電機的數學模型，建立了基于定子磁鏈定向的雙饋風力發電空載并網系統。文中結合比例諧振（Proportional Resonant，PR）控制器的特性，設計了空載比例諧振并網控制。與傳統雙饋異步發電機空載并網控制策略相比，不僅簡化了控制算法，同時提高了控制系統的魯棒性。仿真結果表明，提出的控制策略可有效地實現雙饋異步發電機的電網同步控制。

雙饋風力發電；比例諧振控制；空載并網

引言

本文通過分析DFIG在兩相同步旋轉坐標系中的數學模型，建立了基于定子磁鏈定向的DFIG空載并網控制，引進能夠對交流信號實現無靜差控制的PR控制器，提出空載PR控制策略以實現DFIG的電網同步控制。與傳統DFIG空載并網控制策略相比，PR控制策略減少了坐標旋轉變換的次數，而且不需要使用受發電機參數影響的前饋補償控制，簡化了控制算法，提高了控制系統的魯棒性。

1.傳統雙饋風力發電空載并網控制策略

首先，將電網電壓、轉子電流通過坐標旋轉變換轉換到同步旋轉坐標系中。在同步旋轉坐標系中，轉子電流參考值與實際值的偏差通過PI控制器后與消除交叉耦合的前饋補償項疊加，得到同步旋轉坐標系中的轉子電壓控制量。然后，將轉子電壓從同步旋轉坐標系反變換回兩相靜止坐標系，得到變換器應該輸出的轉子電壓，從而實現DFIG的電網同步控制。

2.雙饋風力發電空載并網PR控制

在定子磁鏈定向的同步旋轉坐標系中已知轉子電流d、q軸分量的給定值。對轉子電流d、q軸分量給定值進行坐標變換后，得轉子αβ坐標系中的轉子電流指令值。通過實時檢測轉差頻率對PR調節器進行調整，從而實現轉子側電流的自適應調節，從而實現雙饋風力發電系統的同步并網控制。

本論文研究的空載比例諧振并網控制策略只需將轉子電流參考值和實際值變換到兩相靜止坐標系中，兩相靜止坐標系中的PR控制器根據轉子電流參考值與實際值的偏差直接產生轉子電壓，實現對DFIG的電網同步控制。

3.比例諧振并網控制策略與傳統空載并網控制策略比較

分析圖兩種控制策略可知，與傳統空載并網控制策略相比，空載并網PR空載策略具有以下優點：

a. 由于在兩相靜止坐標系中進行空載，控制器不需要將轉子電流變換到兩相同步旋轉坐標系中處理后再將轉子電壓反變換回兩相靜止坐標系中進行控制，減少了坐標旋轉變換的次數。

b. 空載并網PR控制不需采用包含發電機參數的前饋補償控制，提高了控制系統的魯棒性。

4.結論

本文提出DFIG的空載并網PR控制策略，以實現DFIG的電網同步控制。通過分析DFIG在兩相同步旋轉坐標系中的數學模型，引進能夠對交流信號實現無靜差控制的PR控制器，利用PR控制器來控制轉子電流。通過Matlab/Simulink仿真結果表明：

(1)雙饋風力發電系統空載并網PR控制，實現轉子電流在兩相靜止坐標系下的無靜差控制。

(2)轉子電流PR控制器無需多次坐標旋轉變換、不存在耦合項和前饋補償項，控制簡單，提高了系統的魯棒性。

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