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BDFG双同步速磁场定向控制策略

基于模型参考自适应无速度传感器矢量控 制策略研究 3.1引言 对BDFG来说,风力发电的电能质量及运行性能主要取决于对其的控制性能。 BDFG由于其电机结构有功率侧和控制侧两套定子绕组和一套转子绕组,对BDFG 实现控制的策略较普通异步电机和有刷双馈电机更为复杂,实现起来更加困难。 用在异步电机、双馈电机和同步电机的许多控制理论和控制方法经过相应的改进 后都在无刷双馈电机控制中得到应用,有标量控制,直接转矩控制,矢量控制和 智能控制等。国内外学者对BDFG变速恒频运行进行了较多的研究,由于BDFG 的并网风力发电系统中功率侧直接接在电网上,功率侧的电压与电流可以方便的 直接测量,不受电机参数的影响。

另外矢量控制是将受控的交流矢量通过变换为 直流标量再进行有效控制的一种方法,本文采用功率侧的定子磁场定向的矢量控 制策略。针对有速度和位置传感器的不足,本章在矢量控制算法的基础上研究了 BDFG的无速度传感器控制技术。分析了BDFG在功率绕组静止坐标系下的基于 模型参考自适应的无速度传感器控制的不足,提出了针对无刷双馈发电机特殊结 构的双同步速坐标系模型参考自适应控制方法,在小信号模型中分析了在双同步 速坐标系下的无速度传感器控制时有功电流及控制参数对观测速度的影响,提出 了模糊PI控制的无速度传感器控制方法,提高了无速度传感器的控制系统的鲁棒 性。

无刷双馈风力发电机接入大电网时控制主要目标是要使发电机输出电能的端 电压和频率稳定以及功率因数可调,借用普通异步电机的矢量控制技术,在双同 步速模型中对BDFG实现矢量控制。矢量控制也称为磁场定向控制,本节采用 BDFG功率绕组定子磁场定向控制。 因为BDFG并网发电时功率侧定子绕组直接接在工频50 Hz的交流电网上,则 定子功率绕组的电阻比在50 Hz时的电抗小很多,根据式(3-1)忽略电阻不计可得, 功率侧的定子电压矢量与定子磁链矢量近似互相垂直,基于定子侧有功功率和无 功功率的计算方便,把M-T坐标系的M轴定向在功率侧定子磁链空间矢量上, 即与M轴重合时,如图3.1所示,T轴超前M轴900,则功率侧定子磁链的T轴分 量Wp二为零。在空间上,定子磁链矢量超前电压矢量900,即电压矢量落在T轴 负方向上,即:

在BDFG空载时,BDFG与电网之间处于没有直接连接的离网状态,则功率 侧定子绕组电流为零。电机励磁完全由控制侧定子绕组的电流提供。为达到BDFG 并网条件,即功率绕组定子电压的频率、相位和幅值均要与电网的相应值相同[p}s} 需要通过控制BDFG控制侧励磁电流来调节功率绕组定子侧的空载电压使功率侧 满足并网条件。 当BDFG采用功率绕组定子磁链定向时,并网前可以采用电流内环单独控制。 将转子电阻忽略不计,可以得到BDFG功率绕组定子空载电压和控制侧定子电流 的稳态关系。则电流给定值分别为: BDFG在风机带动下起动,速度渐渐升高到BDFG发电的最低速度时,背靠 背变流器投入工作,功率侧定子绕组的端电压在控制绕组的控制下跟随电网电压, 并迅速达到同步,此时的发电机相当一个旋转的变压器。

 

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