PSCAD課程設(shè)計(jì)-基于PSCAD-EMDTC的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略研究-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測與控制

鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書(2015)鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書(2014)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測與控制課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱基于PSCAD_EMDTC的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略研究專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期目錄TOC\o"1-3"\h\u325221摘要 摘要隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的比例不斷增加，其對電力系統(tǒng)的影響已不可忽略。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理和接入方式與傳統(tǒng)的三相同步發(fā)電機(jī)組差異較大，因此對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的準(zhǔn)確建模是分析大規(guī)模風(fēng)電的接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性、可靠性等方面影響的關(guān)鍵步驟。電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真是開展風(fēng)電并網(wǎng)研究的一種重要手段，而建立準(zhǔn)確、有效的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組暫態(tài)模型則是仿真工作的基礎(chǔ)，基于PSCAD能建立詳細(xì)反映風(fēng)機(jī)控制調(diào)節(jié)特性的風(fēng)機(jī)電磁暫態(tài)仿真模型，包括風(fēng)機(jī)的詳細(xì)風(fēng)力機(jī)、軸系、發(fā)電機(jī)及變流器等元件模型與變流器的機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)控制、風(fēng)力機(jī)的槳距角控制等控制模型，所建立的模型能反應(yīng)風(fēng)機(jī)在各種擾動(dòng)下的輸出特性。本課題在PSCAD上建立包含風(fēng)力機(jī)、軸系、發(fā)電機(jī)、變流器和詳細(xì)控制模型的詳細(xì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型，并對擾動(dòng)下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)進(jìn)行仿真分析，為進(jìn)一步研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)穩(wěn)定性及其控制打下基礎(chǔ)。2PSCAD軟件簡介PSCAD/EMTDC是一款在全球廣受歡迎的電磁暫態(tài)仿真軟件，優(yōu)點(diǎn)眾多，其操作界面圖形化，接口較方便，元件模型精確。早在1976年，DennisWood博士開發(fā)完成了EMTDC的初版。而后不斷完善功能及模型庫，并開發(fā)成功了能讓用戶更方便使用的前端圖形化操作界面PSCAD。使用者可以利用軟件提供的完備的元件模型庫，通過簡單的操作，便可以建立需要的精確模型。如今的PSCAD經(jīng)過發(fā)展，功能更加豐富而強(qiáng)大。PSCAD仿真平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括：仿真電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域特性；仿真多端輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)模型；研究直流系統(tǒng)的換相方法或啟動(dòng)；研究交流系統(tǒng)的諧波和分析暫態(tài)扭矩等。PSCAD軟件的常見應(yīng)用為計(jì)算電力系統(tǒng)在受到擾動(dòng)或者參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律。PSCAD仿真平臺(tái)的元件模型庫眾多且精確，常見的有以下幾種：（1）網(wǎng)絡(luò)元件：集中參數(shù)的和隨時(shí)間變化的RLC元件；電壓、電流源；三相或單相變壓器；三相同步電動(dòng)機(jī)；斷路器、繼電器等；（2）控制模塊：PI控制器；積分器；雙輸入比較器；指數(shù)、對數(shù)函數(shù)；限制、比率限制函數(shù)；實(shí)極點(diǎn)、延遲函數(shù)等；（3）測量儀器：單相電壓、電流表；有功、無功功率表；相角測量表；快速傅里葉變換；諧波失真分析等；3PSCAD樣例說明3.1同步風(fēng)力機(jī)樣例功能與工作原理分析在PSCAD下的同步風(fēng)機(jī)模型，此例中風(fēng)機(jī)拖動(dòng)同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)速器控制風(fēng)機(jī)，并配有變速風(fēng)源。適用于對PSCAD中風(fēng)機(jī)建模的學(xué)習(xí)。-Thiscaseshowsasynchronousgeneratorbeingdrivenbyawindturbine.Theturbineiscontrolledbyawindgovernor.Thewindsourceisusedtomodelwindspeedfluctuations.ThefilecanbeusedforlearningaboutwindturbinemodelinginPSCAD.這個(gè)風(fēng)機(jī)由三個(gè)部分組成：一是風(fēng)機(jī)（相當(dāng)于發(fā)電廠是的汽輪機(jī)），二是調(diào)速器（相當(dāng)于汽輪機(jī)的氣門控制裝置），三是發(fā)電機(jī).發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源比例積分環(huán)節(jié)電源比例積分環(huán)節(jié)模擬風(fēng)模擬風(fēng)故障模擬故障模擬同步風(fēng)機(jī)同步風(fēng)機(jī)模擬風(fēng)機(jī)的機(jī)械速度模擬風(fēng)機(jī)的機(jī)械速度模擬負(fù)荷需求模擬負(fù)荷需求調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器圖3-1為同步風(fēng)機(jī)原理圖首先，詳細(xì)闡述了同步風(fēng)電發(fā)電機(jī)組各部分的數(shù)學(xué)模型,包括風(fēng)力機(jī)、軸系、同步發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器等在內(nèi)的各元件，并給出了槳距角控制、機(jī)側(cè)變流器控制、網(wǎng)側(cè)變流器控制等詳細(xì)的控制策略。其次，在PSCAD上建立了同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的詳細(xì)模型，所建槳距角控制、最大功率跟蹤控制等模型符合實(shí)際情況。然后，仿真研究了風(fēng)機(jī)在全風(fēng)速下的運(yùn)行特性，結(jié)果表明風(fēng)機(jī)在各風(fēng)速區(qū)段運(yùn)行準(zhǔn)確；分別仿真研究了風(fēng)機(jī)在風(fēng)速擾動(dòng)、電網(wǎng)故障下的響應(yīng)特性，所得結(jié)果符合理論預(yù)期。以上仿真結(jié)果表明，所建的同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型準(zhǔn)確。最后，對比了風(fēng)機(jī)詳細(xì)模型與簡化的平均值模型。針對兩個(gè)模型，分別比較了二者在全風(fēng)速運(yùn)行、風(fēng)速擾動(dòng)、較小電網(wǎng)故障三種情況下的仿真結(jié)果，所得結(jié)果表明，在正常運(yùn)行及發(fā)生小的擾動(dòng)的情況下，兩者在穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)響應(yīng)特性上均比較接近。3.2同步風(fēng)力機(jī)樣例仿真模型的建立過程打開樣例文件3.2.1風(fēng)源組件基準(zhǔn)高度的平均風(fēng)速基準(zhǔn)高度的平均風(fēng)速圖3-2風(fēng)源參數(shù)：以上為定義在6m/s的恒風(fēng)ES:InputExternalvalueVw:OutputWindSpeed可以在文件夾“MasterLibrary/Machines”中找到3.2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率系數(shù)公式選擇【選擇3頁片或者2頁片轉(zhuǎn)速比齒輪箱效率空氣密度轉(zhuǎn)子面積轉(zhuǎn)子半徑發(fā)電機(jī)額定功率功率系數(shù)公式選擇【選擇3頁片或者2頁片轉(zhuǎn)速比齒輪箱效率空氣密度轉(zhuǎn)子面積轉(zhuǎn)子半徑發(fā)電機(jī)額定功率圖3-3風(fēng)力渦輪機(jī)參數(shù):以上調(diào)整風(fēng)機(jī)的葉片長度、空氣密度、齒輪箱效率等等參數(shù)?？梢栽谖募A“MasterLibrary/Machines”中找到由圖3-3可知，在PSCAD軟件提供的風(fēng)力機(jī)模型中，輸入量為風(fēng)速Vw、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速ω及槳距角β，而輸出量為機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm和機(jī)械功率P。在參數(shù)設(shè)置上，可對風(fēng)力機(jī)容量、風(fēng)力機(jī)半徑和空氣密度等進(jìn)行設(shè)置。3.2.3調(diào)速器組件異步還是同步發(fā)電機(jī)額定功率風(fēng)機(jī)額定功率異步還是同步發(fā)電機(jī)額定功率風(fēng)機(jī)額定功率圖3-4節(jié)距控制電力需求參考速度齒輪比調(diào)速器類型電力需求參考速度齒輪比調(diào)速器類型圖3-5調(diào)速參數(shù)范圍積分增益比例增益范圍積分增益比例增益 圖3-6比例積分調(diào)節(jié)收益乘數(shù)增益收益乘數(shù)增益 圖3-7速度阻尼參數(shù)轉(zhuǎn)角的范圍葉片傳動(dòng)積分增益節(jié)距角轉(zhuǎn)角的范圍葉片傳動(dòng)積分增益節(jié)距角 圖3-8槳距角的調(diào)整可以在文件夾“MasterLibrary/Machines”中找到當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，由于發(fā)電機(jī)與變流器自身的功率限制，需要對風(fēng)能利用系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定值。由于槳距角對風(fēng)能利用系數(shù)影響較大，因此可以控制槳距角進(jìn)而調(diào)節(jié)，該種控制稱為槳距角控制。查看模型的說明可知，該槳距角模型的輸入為風(fēng)力機(jī)的機(jī)械角速度，以及風(fēng)力機(jī)的輸出功率，輸出為風(fēng)力機(jī)的槳距角。在參數(shù)設(shè)置方面，該模型可設(shè)置參數(shù)較多，包括PI控制環(huán)節(jié)、風(fēng)力機(jī)額定功率、電機(jī)類型、伺服機(jī)構(gòu)參數(shù)等。3.2.4同步發(fā)電機(jī)圖3-9同步電機(jī)參數(shù)可以在文件夾“MasterLibrary/Machines”中找到如圖3-9所示，永磁同步發(fā)電機(jī)的輸入為由軸系模型得到的機(jī)械角速度，輸出為發(fā)電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，在永磁同步發(fā)電機(jī)右端有一個(gè)接頭，可輸出三相交流電。在參數(shù)設(shè)置的對話框中，可對永磁同步發(fā)電機(jī)的容量、電壓、頻率等進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)，PSCAD軟件提供的永磁同步發(fā)電機(jī)模型還可輸出電壓電流相位角，該角度值在變流器機(jī)側(cè)控制派克變換、派克逆變換中被使用。3.2.5單輸入電平比較器圖3-10單輸入電平比較器參數(shù)：風(fēng)速是恒定1m/s，t=2S通入可以在文件夾“MasterLibrary/CSMF”中找到3.2.6電壓源電壓輸入時(shí)間常數(shù)數(shù)基準(zhǔn)電壓源阻抗類型電壓輸入時(shí)間常數(shù)數(shù)基準(zhǔn)電壓源阻抗類型電感電感頻率電壓級頻率電壓級圖3-11三相電壓源參數(shù)可以在文件夾“MasterLibrary/Sources”中找到3.2.7故障的模擬組件故障持續(xù)時(shí)間應(yīng)用故障時(shí)間故障持續(xù)時(shí)間應(yīng)用故障時(shí)間 圖3-12故障響應(yīng)參數(shù)可以在文件夾“MasterLibrary/Fault”中找到3.2.8控制面板組合：注意拖動(dòng)之前定義好名稱及量稱等圖3-13控制面板3.3同步風(fēng)力機(jī)樣例仿真結(jié)果分析在動(dòng)態(tài)變槳控制下，β是通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)的,thehard-limiter模擬了風(fēng)速的切入和切出值。β調(diào)控的目的是為了限制風(fēng)機(jī)的功率為額定值。我們可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)功率高于2MW是β增大，Cp的減小，輸出功率減小。當(dāng)Vdc到達(dá)2000V時(shí)，DC母線調(diào)節(jié)仍然是激活時(shí)，然后，功率被輸送到電網(wǎng)，Alpha睡著測量電壓的變化而變化。當(dāng)風(fēng)速降低，β減小，以增加輸入的機(jī)械功率，但當(dāng)風(fēng)速降低太多時(shí)，Vdc低于2000V，逆變器被鎖定。在仿真結(jié)束時(shí)，風(fēng)機(jī)功率為負(fù)，這意味著，風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)是被同步發(fā)電機(jī)的慣性驅(qū)動(dòng)的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能。4雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型的建立4.1雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理及控制方法分析4.1.1工作原理分析圖4-1雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)框圖如圖4-1所示為雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)框圖。雙饋發(fā)電機(jī)（Doubly-FedInductionGenerator,DFIG）結(jié)構(gòu)類似于三相繞線式異步感應(yīng)電機(jī)，具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組，定子繞組并網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組外接三相轉(zhuǎn)差頻率變頻器實(shí)現(xiàn)交流勵(lì)磁。雙饋發(fā)電機(jī)是指，在控制中發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子都參與了勵(lì)磁，并且定、轉(zhuǎn)子兩側(cè)都有能量的饋送。由于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置的變流器在轉(zhuǎn)子回路，即交流勵(lì)磁是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，由于與雙PWM變流器功率相等的轉(zhuǎn)差功率在定子額定功率中所占比重很小，所以變流器的容量也很小，快速降低了控制成本與難度。由上述可知，這種雙饋發(fā)電機(jī)的控制策略除了減少變頻器的容量外，還可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制以及有功功率和無功功率的獨(dú)立控制，從而起到對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償作用。根據(jù)感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁場特性，可以得出雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定、轉(zhuǎn)子繞組電流頻率的關(guān)系表達(dá)式為：n1=n±n2（4-1）f1=p×n/60±f2（4-2）s=（n1?n）/n1=±n2/n1（4-3）式（4-1）中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；n1為定子的同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；n2為勵(lì)磁電流同步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；f1為定子電流頻率；f2為轉(zhuǎn)子電流頻率；p為發(fā)電機(jī)極對數(shù)。根據(jù)式（4-2）可知，欲保持與電網(wǎng)頻率的同步以及定子電流頻率f1不變，必須在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n改變時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率f2，這就是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制原理。當(dāng)n=n1時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)作同步電機(jī)運(yùn)行，此時(shí)轉(zhuǎn)子收到的是變流器提供的直流勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子電流頻率f2=0；當(dāng)n>n1時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)作超同步速度運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)除定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)向電網(wǎng)饋送能量，式（4-1）與（4-2）取負(fù)號；當(dāng)n<n1時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)作亞同步速度運(yùn)轉(zhuǎn)，電網(wǎng)通過變流器向轉(zhuǎn)子饋送能量，而定子向電網(wǎng)饋送能量。4.1.2控制方法分析目前,常見的電壓源變換器的電流控制技術(shù)有正弦PWM,空間矢量PWM,隨機(jī)PWM,滯環(huán)電流PWM控制。其中正弦PWM,空間矢量PWM為間接的電流控制方式,在應(yīng)用時(shí)需要將電流環(huán)運(yùn)算以獲得電壓指令,這也決定了這兩種電流控制方法不可避免的缺點(diǎn):電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較遲緩?？臻g矢量PWM（SVPWM）控制是對變流器進(jìn)行控制的一種新穎思路的控制策略，其控制依據(jù)是變流器的空間電流或電壓的矢量切換原理。在20世紀(jì)80年代初，針對交流電動(dòng)機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)，日本學(xué)者提出了早期的空間矢量PWM控制策略，基本思想是采用變流器空間電壓矢量的切換代替了原有的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM），來得到準(zhǔn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而使交流電動(dòng)機(jī)在較低的開關(guān)頻率（1-3kHz）下獲得了比SPWM控制更好的性能，具體體現(xiàn)在：空間矢量PWM控制減小了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)還提高了電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和電壓型變流器的電壓利用率。此外，其模型比較簡單,也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。根據(jù)前面所述，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是通過變流器與電網(wǎng)相連，由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能量是在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間雙向流動(dòng)的，所以必須保證用于作交流勵(lì)磁、接于轉(zhuǎn)子回路的電源能量能夠雙向流動(dòng)。在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，一般多采用雙PWM型變流器來接于發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行控制。不控整流電路或者相控整流電路，而是采用PWM斬控整流電路。PWM整流器的能量可雙向流動(dòng)這一特性，不僅體現(xiàn)了AC/DC的變流特性（整流），而且還可體現(xiàn)出DC/AC的變流特性（有源逆變）雙PWM型變流器的主電路結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示，雙PWM型變流器是由網(wǎng)側(cè)變流器和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器組成，網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的功能各自相互獨(dú)立。實(shí)際上，圖中采用的PWM整流器是一種可逆變流器。這是因?yàn)镻WM整流器不再使用二極管或者半空型開關(guān)器件，而是采用全控型功率器件；變流電路也不再使用。圖4-2為雙PWM型變流器的主電路結(jié)構(gòu)圖通過相對獨(dú)立的控制系統(tǒng)兩個(gè)變流器分別完成各自的功能。網(wǎng)側(cè)變流器的功能主要是在正常運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)交流側(cè)輸入單位功率因數(shù)控制和保持直流環(huán)節(jié)電壓在各種狀態(tài)下穩(wěn)定，使轉(zhuǎn)子側(cè)變流器以及整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)能夠可靠地工作。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的功能主要是通過對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)電壓電流的控制，實(shí)現(xiàn)DFIG輸出有功、無功功率的解耦控制。(1)網(wǎng)側(cè)PWM變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，直流側(cè)電壓為其主要控制量，系統(tǒng)無論運(yùn)行在何種狀態(tài)下都必須保證直流側(cè)電壓的恒定，而且，在像低壓穿越運(yùn)行等特殊情況下需要對網(wǎng)側(cè)變流器的無功功率輸出進(jìn)行控制，從而可對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。網(wǎng)側(cè)PWM變流器的控制策略可以采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略，使直流母線電壓保持恒定。由于可以將電網(wǎng)電壓的頻率和幅值看作近似恒定的，當(dāng)電網(wǎng)與網(wǎng)側(cè)PWM變流器相接后，也可將電網(wǎng)與網(wǎng)側(cè)PWM變流器連接處的三相交流電壓的頻率和幅值看作是恒定的，所以網(wǎng)側(cè)PWM變流器在以網(wǎng)電壓基波角頻率ωe為旋轉(zhuǎn)角速度的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓矢量Um可以被看作是恒定的。網(wǎng)側(cè)PWM變流器采用以電流為內(nèi)環(huán)、直流電壓與無功功率為外環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)其矢量控制系統(tǒng)，其中內(nèi)外環(huán)均采用PI調(diào)節(jié)器。(2)轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中是對雙饋發(fā)電機(jī)輸出給電網(wǎng)的有功功率和無功功率進(jìn)行控制，有功部分為了實(shí)現(xiàn)有功功率的最大輸出必須跟隨輸入發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率，而無功部分輸出功率的功率因數(shù)必須根據(jù)電網(wǎng)的需求來進(jìn)行調(diào)節(jié)，其主要實(shí)現(xiàn)方法有轉(zhuǎn)子電流矢量控制和直接功率控制這兩種，他們各自都有優(yōu)缺點(diǎn)。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流矢量控制可以分為兩種：定子電壓定向和定子磁鏈定向。與定子磁鏈定向相比，基于定子電壓定向的矢量控制方法類似于基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制，這樣可以實(shí)現(xiàn)雙PWM變流器系統(tǒng)的整體控制結(jié)構(gòu)的簡化；而且可能產(chǎn)生更多的無功功率，并且此控制方法不需要測量定子磁鏈，使可能出現(xiàn)的誤差得以減小。所以本文轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器的控制系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為基于定子電壓定向矢量控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)電網(wǎng)與雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子相接后，電網(wǎng)電壓即為定子電壓，由于可以將電網(wǎng)電壓的頻率和幅值看作近似恒定，所以定子三相電壓矢量在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓矢量Us也可看作恒定；與此同時(shí)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子磁鏈也可以認(rèn)定是不變的。相對于電網(wǎng)而言，由于雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組的電阻壓降可以被忽略不計(jì)。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過控制轉(zhuǎn)子電流，可以使雙饋發(fā)電機(jī)定子側(cè)輸出獨(dú)立解耦的有功功率和無功功率。故采用以電流為內(nèi)環(huán)、功率為外環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變流器的矢量控制系統(tǒng)，其中內(nèi)外環(huán)都采用PI調(diào)節(jié)器。4.2雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型的建立4.2.1轉(zhuǎn)子側(cè)變換器模塊圖4-3轉(zhuǎn)子側(cè)滯環(huán)電流控制的仿真模型在變速恒頻的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)屮,通過控制轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流來使定子輸出的頻率穩(wěn)定,通過獨(dú)立地控制轉(zhuǎn)子的有功、無功電流分量實(shí)現(xiàn)有功功率、無功功率的解稱控制。因此對轉(zhuǎn)子電流的控制非常關(guān)鍵。所以本文采用直接電流控制技術(shù)。隨機(jī)PWM,滯環(huán)電流PWM控制都是直接電流控制。隨機(jī)PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是控制方法簡單,電流的跟隨性好,缺點(diǎn)是采用隨機(jī)PWM技術(shù)時(shí)產(chǎn)生的電流與實(shí)際電流存在比較大的幅值誤差,相位也有一定程度的滯后。滯環(huán)電流PWM控制技術(shù)的本質(zhì)是通過上下橋臂的輪流開斷強(qiáng)迫實(shí)際電流在一個(gè)滯環(huán)帶內(nèi)跟蹤指令電流信號,從而產(chǎn)生信號觸發(fā)電IE源變換器,實(shí)現(xiàn)對電流的控制。因PWM的幵關(guān)頻率隨交流屯壓波動(dòng),因此電流跟蹤的偏差幾>1、變。因此具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,對電壓波動(dòng)不敏感的優(yōu)點(diǎn)。4.2.2電網(wǎng)側(cè)變換器模塊圖4-4網(wǎng)側(cè)變換器雙閉環(huán)矢量控制策略的仿真模型對雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器的控制采用電流外環(huán),電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略。先介紹電壓外環(huán):直流母線指定電壓心和實(shí)測的反饋電壓相比較后的誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出id。直流環(huán)節(jié)電壓的大小變化反映了交流側(cè)提供的有功功率與直流側(cè)消耗的有功功率的大小。當(dāng)交流側(cè)提供的有功功率大于直流側(cè)消耗的有功功率吋,會(huì)使直流環(huán)節(jié)電壓升高id減小,網(wǎng)側(cè)變換器逆變運(yùn)行,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器整流運(yùn)行。當(dāng)交流側(cè)提供的有功功率小于直流側(cè)消耗的有功功率時(shí),會(huì)使直流母線電壓降低,增大,網(wǎng)側(cè)變換器整流運(yùn)行,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器逆變運(yùn)行。4.2.3電源圖4-5電壓源參數(shù)4.2.4單輸入電平比較器圖4-6單輸入電平比較器參數(shù)4.2.5繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)式電機(jī)圖4-7繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)式電機(jī)參數(shù)4.2.6有功/無功功率器圖4-8功率器參數(shù)4.2.7控制面板組合：注意拖動(dòng)之前定義好名稱及量稱等圖4-9控制面板4.3雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真結(jié)果分析應(yīng)用設(shè)計(jì)完成的控制系統(tǒng),采用PSCAD/EMDTC/EMTDC電力系統(tǒng)仿真軟件,構(gòu)建了包括風(fēng)速模型、風(fēng)力機(jī)模型、變速恒頻雙饋電機(jī)、雙PWM變換器在內(nèi)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型。采用了基于定子磁鏈定向矢量控制技術(shù)和電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù)的控制策略,并將空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)和滯環(huán)控制策略用PSCAD/EMDTC仿真模型實(shí)現(xiàn),最后將變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模型通過輸電線路并入到無窮大電網(wǎng),當(dāng)風(fēng)速變化時(shí),利用PSCAD/EMDTC軟件對變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略的性能進(jìn)行仿真試驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用定子磁鏈定向矢量控制技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)定子輸出的有功功率和無功功率的解耦控制以及風(fēng)能的最大跟蹤,且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快。網(wǎng)側(cè)變換器采用的電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù),有效的控制了直流母線電壓的恒定,滿足了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對控制方法的要求。仿真證明了所提控制方法的有效性和合理性。5結(jié)論在新能源和可再生能源技術(shù)的研究中,風(fēng)能相對其他能源來說比較豐富,可以說是取之不盡,用之不竭的,利用起來成本也相對低。最近幾年,全球風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)和發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速。我國風(fēng)能資源豐富,最近幾年,我國加大風(fēng)力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在從事風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)工作人員的推動(dòng)下,風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)得到了廣泛研究,風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)蒸蒸F1上。為了扶持風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,我國制定和出臺(tái)了大量的經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)政策,加大了對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼投入,把風(fēng)力發(fā)電幵發(fā)納入國家能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中去,把風(fēng)能幵發(fā)作為國家可持續(xù)發(fā)展的-個(gè)重要組成部分。風(fēng)能的幵發(fā)也得到各企業(yè)、研究院、設(shè)計(jì)院和高校廣泛的重視,紛紛大力研究風(fēng)力發(fā)電技術(shù),其中變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電的主趨勢,其技術(shù)還在研究當(dāng)中,特別是兆瓦級以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻技術(shù)由于對風(fēng)能的利用率高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,已經(jīng)成為目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的熱點(diǎn)。我國在這項(xiàng)技術(shù)方面還處于起步發(fā)階段,還需不斷的引進(jìn)新技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、利用,以及實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。本文就是在節(jié)約發(fā)電能源、增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、提高發(fā)電效率的大背景下,研究了目前流行的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),采用仿真軟件PSCAD/EMDTC對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。轉(zhuǎn)子側(cè)變換器采用定子磁鏈定向矢量控制技術(shù),通過分別用轉(zhuǎn)子有功電流和無功電流來達(dá)到獨(dú)立解稱控制有功功率和無功功率的目的,并用滯環(huán)電流PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電流的直接控制,提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。網(wǎng)側(cè)變換器采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù),根據(jù)網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建了電流內(nèi)環(huán)、電流外環(huán)的雙閉環(huán)PI控制系統(tǒng),并把SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制)控制技術(shù)引入對網(wǎng)側(cè)變換器的控制中,以實(shí)現(xiàn)控制直流母線電壓的穩(wěn)定、調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)的功率因素的目的。6心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整地設(shè)計(jì)出基于PSCAD雙饋電機(jī)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合，鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他