0　引　言
        风能是一种非常具有开发潜力的可再生能 源控制工程网版权所有,近年来风力发电技术已经得到各国学者的广 泛关注。风力发电技术中的变速恒频发电方式是 目前风力发电技术的发展方向。双馈感应发电机 (DF IG)作为风力发电机具有变速运行范围宽,励 磁电源容量小及有功和无功功率可以灵活控制的 特点,因此双馈电机变速恒频风力发电系统成为 研究的热点。
        在基于DF IG的变速恒频风电系统中,如何 控制其转子电压或电流的幅值、频率及相位,并实 现能量的双向流动是控制的关键[ 1 ] 。因此选择 合适的励磁变频器及采用哪种控制方式[ 223 ]显得 尤为重要。目前可用于变速恒频风电系统的励磁 电源有交交变频器、双脉宽调制( PWM)变换器和 矩阵变换器[ 4 ] 。交交变频器输出电压谐波多,输 入侧功率因数低,使用功率元件数量多控制工程网版权所有,现已很少 采用。近年来出现的矩阵变换器主电路简单,采 用全控型开关器件,具有优良的输入、输出特性, 输出频率不受限制,能量可以双向流动,变换效率 较高。但由于矩阵变换器所用开关器件数目较双 PWM变换器所用器件多,器件承受的耐压高,并 且输入、输出控制不解耦,这些缺点一定程度上限制了其在风力发电中的应用。 为了克服以上两种变换器的缺点,可采用双 PWM变换器作为变速恒频风电系统的励磁电源。 文献[ 5, 6 ]以双PWM变换器作为励磁电源研究 了DF IG系统的控制策略。本文在分析双PWM 变换器数学模型的基础上对变速恒频风电系统的 控制策略进行了分析,并作仿真验证。仿真结果 表明,本系统具有能量双向流动能力,其输入输出 功率因数可以独立调节控制工程网版权所有,具有较小的输入输出谐 波www.cechina.cn,能够实现风能的高质量发电。
        1　变速恒频风力发电系统控制策略
        1. 1　转子侧变换器定子磁链定向控制策略
        因为DF IG的定子绕组直接接在无穷大电网 上,可以近似地认为定子的电压幅值、频率都是恒 定的,所以异步双馈电机一般采用定子磁链定向 控制策略,如图1所示。此时, d、q轴上的磁链分 量分别为:Ψd s =Ψs ,Ψqs = 0。由于DF IG定子侧频 率为工频,定子电阻远小于定子电抗,可以忽略, 则Rs = 0, DF IG感应电动势近似等于定子电压。 因为感应电动势e1 落后Ψs 90°,故e1 位于q轴负 方向,有ud s = 0, uqs =Us ,其中Us 为定子电压矢量 的幅值,当定子端并入理想电网后, Us 等于电网 电压矢量CONTROL ENGINEERING China版权所有,为常数。

        根据以上讨论,且忽略定子电阻压降,即可得 到双馈电机的磁链方程、电压方程和功率方 程[ 728 ] :

        根据DF IG数学模型,可以得出转子侧PWM 变换器控制策略框图如图2所示。

        整个系统为双闭环结构,内环为转子电流控 制环,由id r、iqr两个控制通道组成,电流误差经调 节后输出电压控制量,叠加Δud r、Δuqr前馈电压补 偿量,即可得到同步旋转坐标系中的转子电压控 制量,再经坐标变换得到双馈电机转子二相静止 电压控制指令u 3 αr , u 3 βr , 经SVPWM后产生所需的
        励磁电压及电流。外环为转速控制环,根据当前 风速计算出对应于风力机最佳叶尖速比的转速值 作为转速环的给定,和电机转速反馈值比较后的 差值送入转速控制器,输出为转子q轴电流的给 定值。d轴电流的给定值可以根据电网对风电系 统的无功要求计算得出。通过给定不同的转子d 轴电流即可实现不同的无功功率输出。
        1. 2　网侧变换器电网电压定向控制策略