1 引言

　　風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能的一種有效形式，受到了廣泛的關(guān)注。和常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)變換器連接在轉(zhuǎn)子回路，僅處理雙向流動的轉(zhuǎn)差功率，不僅具有變換器體積小、重量輕、成本低的特點(diǎn)，更可實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的柔性連接。

　　本文采用dfig功率控制來實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤的實(shí)施方案?；谧畲箫L(fēng)能追蹤的需要，將磁場定向矢量控制技術(shù)應(yīng)用到dfig運(yùn)行控制上，形成了基于定子磁鏈定向的dfig有功、無功功率解耦控制策略；采用雙pwm型變換器作為轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電源，基于電網(wǎng)電壓定向矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)變換器交流側(cè)單位功率因數(shù)控制和直流環(huán)節(jié)電壓控制。

　　在建立雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型基礎(chǔ)上，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了該方案的正確性和可行性。

2 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理

　　雙饋型異步發(fā)電機(jī)（dfig）采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)，定子直接接電網(wǎng)，在轉(zhuǎn)子側(cè)施加交流勵(lì)磁來控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。由dfig實(shí)現(xiàn)的交流勵(lì)磁，可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的幅值、頻率和相位實(shí)現(xiàn)靈活的控制；改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，dfig可以實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制；改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的相位，可以調(diào)節(jié)有功功率和無功功率。

　　本文采用雙pwm變換器作為dfig轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源系統(tǒng)，如圖1所示。兩個(gè)三相電壓源型pwm全橋變換器采用直流鏈連接，靠中間的濾波電容穩(wěn)定直流母線電壓。轉(zhuǎn)子側(cè)變換器向dfig的轉(zhuǎn)子繞組饋入所需的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)dfig的矢量控制及輸出解耦的有功功率和無功功率進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。網(wǎng)側(cè)變換器在實(shí)現(xiàn)能量雙向流的同時(shí)，控制著直流母線電壓的穩(wěn)定，以及對網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 雙饋異步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

　　為了實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)的高性能控制，采用磁鏈定向的矢量變換技術(shù)，通過坐標(biāo)變換和磁鏈定向，將dfig定子電流分解成相互解耦的有功分量和無功分量分別控制，從而實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制。定子采用發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子采用電動機(jī)慣例，建立了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dfig的數(shù)學(xué)模型。

　　式中：ωs為dq坐標(biāo)軸相對于轉(zhuǎn)子的角速度；ω1為定子頻率的同步角速度；usd、usq、urd、urq、isd、isq、ird、irq分別是定、轉(zhuǎn)子電壓和電流在dq軸的分量；ψsd、ψsq、ψrd、ψrq分別是定、轉(zhuǎn)子磁鏈的dq軸分量；np為電機(jī)極對數(shù)。