整理直驅式永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究

1、精品文檔基于PSCA昉真軟件的永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的控制研究一、風力機特性分析圖1-1風力機模型實際風速和轉速，產生風力機的機械轉矩和功率，可以測定風力機的轉速功率特性，理解最大風能捕獲原理。Tmw曲線圖1-2Tmw特性取風速為12m/s,風力機轉速Wr為05rad/s,得出此風速下的Tmw曲線，如上圖所示。從圖中可以看出，Tm隨著風力機轉速的增大而先增大后減小。Pmw曲線精品文檔精品文檔圖1-3Pmw特性取風速為12m/s,風力機轉速Wr為05rad/s,得出此風速下的Pmw曲線，如上圖所示。從圖中可以看出，Pm隨著風力機轉速的增大而先增大后減小。風力機捕獲的最大功率的標幺值為0.89,基值

2、為1.75MW（仿真中電壓的基值是電機端額定電壓的幅值，為0.69KV父1.414=1KV,電流的基值是電機端額定電流的幅值，為1.25KAx1.414=1.75KA,功率的基值是1.75KA父1KV=1.75MW）,實際值為0.89x1.75MW=1.56MW。最大功率對應的電機機械轉速為WR=2.35rad/s,所以最佳葉尖速比為九0pt=WrMR/VW=6.07。當風速為11.85m/s時，調整風力機轉速，風力機捕獲的最大功率的標幺值為0.856,實際值為0.856M1.75MW=1.5MW,達到額定功率。對比相同風速下的風力機Tmw曲線和Pmw曲線，可以發(fā)現(xiàn)Pmw曲線要比Tm-w曲線更

3、向右一些，即風力機捕獲的Pm最大值所對應的風力機轉速大于機械轉矩Tm最大值所對應的風力機轉速。圖1-4轉子承受動力方程風力機的機械轉矩拖動轉子產生轉速，定子磁場和轉子磁場相互作用產生電磁轉矩。、永磁同步發(fā)電機的控制策略同步旋轉坐標系下永磁同步發(fā)電機的數(shù)學模型為(2-1)Ud=RsisdpLdisd-weLqisqUq-RsisqpLqisq+weLdisd+wef精品文檔精品文檔根據(jù)同步旋轉坐標系下永磁同步發(fā)電機的數(shù)學模型，可以采用電流內環(huán)、轉速外環(huán)雙閉環(huán)控制策略331-Np（'sdisq-'sqisd）Npiq（Lq-Ld）isd1-fTm-Te=Jdwmedt由式（2-2）

4、可知，發(fā)電機的電磁轉矩Te是一個關于id、iq的函數(shù)，如果控制使定子電流的合成矢量全部位于q軸，則式（2-2）變?yōu)椋?.Te=-Hp-fisq2則電磁轉矩Te只與isq有關。(2-2)(2-3)id=0,(2-4)又根據(jù)式（2-3）可知，電機機械轉速wr與電磁轉矩Te相關，于是可以通過控制轉速wr獲彳導q軸電流的參考值isq°由式（2-1）可知，“和見之間存在耦合項WeLqisq和weLdisd,可以通過前饋補償?shù)姆椒ㄏ齼烧咧g的耦合，原理框圖如圖2-1所示，仿真框圖如圖2-3圖2-1機側雙閉環(huán)控制框圖里0.0025Hisc岫in:Gqntrofc0.0025HEs§1i

5、sb=所示。圖2-2機側主電路精品文檔精品文檔使其和電機端電壓相互作用機側主電路如圖2-2所示，通過控制三相橋的交流側電壓,而決定定子電流,進而控制發(fā)電機的轉矩、f轉速以及有功和無功。wLdid+aWf3LqiqiqUdc_refN/DUcTsUdTWOT1T2T3SVPWMT4T5T6T1T2T3T4T5T6圖2-3機側王電路的控制電路卜圖分別是風速為6m/s10m/s和6m/s11m/s的機側仿真波形:2.2Ef.fqin>Vri入CpP1Q1iiadisq*Wr口3精品文檔精品文檔圖2-5風速為6m/s11m/s的機側仿真波形從圖中可以看出：風速為11m/s的isd值和其對應的無功

6、值明顯大于10m/s的isd值和其對應的無功值，其它值都增大。三、網(wǎng)側控制策略永磁同步風力發(fā)電機組中，網(wǎng)側逆變器所要達到的控制目標是：（1）保證直流電壓恒定且具有良好的動態(tài)響應能力。（2）保證網(wǎng)側電流正弦，且功率因數(shù)等于1,即保證電網(wǎng)電流與電壓相位相反，網(wǎng)側變流器工作于逆變狀態(tài)。由于對無窮大電網(wǎng)而言電網(wǎng)電壓是恒定的，所以對網(wǎng)側電流實施有效的控制就能達到所期望的控制目標。網(wǎng)側變流器在dq0坐標系上的數(shù)學模型為:ed=RidL也-wLiqUddd；（3-1）eq=RiqLwLid+Uddt3-2和圖3-3所示。q、eq一為電網(wǎng)電動勢矢量在d、q軸分量。網(wǎng)側雙閉環(huán)控制原理框圖如圖3-1,仿真主電路和

7、控制電路分別如圖精品文檔精品文檔d圖3-1網(wǎng)側雙閉環(huán)控制框圖A；0.4嫡理二314JL=O.O012H每Id2七.T-.U印2TUEb2j_1一"JTFT?00012IH1Ua"-r-”-.00012IHUsb-忙7r-.-*0001201咤物m:GrapH&flr?T°T°圖3-2網(wǎng)側主電路網(wǎng)側主電路如圖3-1所示，電感、電容起濾波作用。精品文檔精品文檔圖3-3網(wǎng)側主電路的控制電路圖3-4風速為6m/s11m/s的網(wǎng)側仿真波形由風速為6m/s11m/s的機側、網(wǎng)側仿真波形可讀出：風速為11m/s的機側和網(wǎng)側傳遞的功率相等，且等于風力機和發(fā)電機的功率，標幺值為0.68,實際值為0.681.75MW=11.9MW。精品文檔精品文檔Ea2AI圖3-5網(wǎng)側S2spwm調制圖3-6網(wǎng)側功率計算TotalHarmonicDistortionIndivi