雙饋感應發電機的GSC矢量控制技術研究

李放 戰春雨 姜瀚書

摘 要 近年來，風電滲透到電力網絡得到了國內外極大的關注，風能的使用正在迅速增長，隨著近年來風力發電技術的成熟，風電在電網中的裝機容量不斷增加，雙饋發電機以安裝成本低廉，變流器額定功率較低，以及有功和無功功率的可控性強等優點成為風力發電機的主流機型。本文根據雙饋風電系統結構，建立雙饋發電機模型，對網側變流器的特點與功能進行分析，并對雙饋感應發電機GSC矢量控制策略進行研究。

關鍵詞 風電場；雙饋風機；變流器；矢量控制

前言

目前使用的雙饋風電系統構。該系統由風力機、齒輪箱、機側變流器、網側變流器、變壓器及電網組成。雙饋風機是借鑒同步發電機及異步發電機的優缺點，形成的一種發電機，構造與繞線式異步電機類似，通過使用雙PWM變流器結構，調節勵磁電流完功率成有功及無功雙向流動[1]。本文采用的雙饋風力機的模型由組合風風速模型、風力機空氣動力學模型、發電機模型及變流器矢量控制模型等部分構成。

1 雙饋風力機的數學模型

雙饋風力機的數學模型具有多變量、強耦合、高階、非線性的特點，與鼠籠型異步電機相類似，由于不利于計算與分析，因此需要忽略某些條件如下：

如不考慮鐵芯損耗；不考慮溫度波動以及頻率波動對繞組電阻的影響；將轉子側參數折算到定子側，此時轉子與定子繞組匝數相。不考慮磁路飽和的影響，每一個繞組的自感與互感為固定值；不考慮空間諧波的影響，定子和轉子繞組在空間以互差120°電角度對稱分布，其感應形成的磁動勢沿氣隙空間按正弦規律分布等。

在做了上述假設以后便可得到如圖2-1所示的DFIG的物理模型，本文規定定子側與轉子側均采用電動機慣例，即定子電流與轉子電流流入繞組為正，由此可得DFIG在abc坐標系下的數學模型。假設定子繞組坐標、在空間是處于不動的，而轉子繞組坐標、伴隨著轉子轉動，電角速度是，定子與轉子相應軸間的夾角為。

因定轉子繞組間的互感都和有關，導致了相關參數均是變化，使系統為非線性，又因為是強耦合、高階、多變量，所以用兩相同步旋轉dq坐標系代替abc坐標系。

因為dq坐標系中，兩坐標軸相互垂直成90°角，互感只存在同軸坐標中，即繞組間不存在磁鏈耦合關系，電流、磁鏈等旋轉的矢量也由交流量轉變為直流量，整個數學模型由原來的非線性、時變系數的微分方程轉變為現在的常系數微分方程。

2 雙饋感應發電機的GSC矢量控制技術

外環的電壓環核心功能是調整穩定直流母線電壓，內環的電流環核心功能為調整d、q軸的電流。直流母線反饋電壓和直流母線給定電壓值作比較得到一個直流母線電壓偏差，這個偏差經PI作用后便產生有功電流分量給定值，而則因GSC穩定工作于單位功率因數，通常令無功電流分量0，與各自對應的由坐標轉換而來的網側輸入電流的反饋值、進行比較得有功、無功電流分量偏差，偏差經PI調節器計算后輸出、，然后和經電壓補償計算得到的各自解耦補償項、與電網電壓擾動前饋補償項、分別共同作運算后便可得變換器交流側參考電壓、。參考電壓、經2r/2s變換后得αβ坐標系下的電壓分量值、，如此便可進行SVPWM調制，產生相應的驅動信號實現對GSC的控制。

3 結束語

雙饋風力發電系統雙閉環控制策略，可有效控制直流母線電壓的恒定，以及控制調節網側的功率因數，滿足了雙饋風力發電系統對網側變流器控制方法的要求，為雙饋風力發電系統的低電壓穿越技術、高電壓穿越技術及矢量控制技術提供了理論依據！

參考文獻

[1] 齊桓若，劉其輝.雙饋風機低電壓穿越的改進技術[J].電網與清潔能源，2015，（1）：18.