变频控制2.ppt

定子磁链方程为： 风力发电系统运行区域 并网控 制区域 风力机变浆矩运行，控制机组转速，同时对发电机进行并网控制 转速控制 最大风能 追踪区域 控制机组转速以追踪最大风能，风能系数保持恒定，为最佳值 转速控制 转速限 制区域 转速控制 风力机变浆矩运行，控制机组转速为最高转速，防止转速越限。 风力机变浆矩运行，控制机组功率为最大功率，防止功率越限。 功率控制 功率限 制区域 额定风速 不同的控制方法 第一阶段的主要任务是实现发电机的并网控制，通过变桨距调节来保持机组的转速基本恒定，同时调节发电机定子电压使其满足并网条件； 第二阶段的任务是保持桨距角不变，通过对发电机进行控制捕获最大风能，使机组运行在 （风力机功率系数）恒定区； 第三阶段为恒转速区，将发电机转速限制在最大转速上，随着风速增大， 值减小，但功率仍增大； 第四阶段为输出功率达到极限后，此时主要任务是依靠变桨距调节来维持功率恒定，将功率输出限制在允许范围内。 交流励磁变速恒频发电要求在双馈电机的转子中施加转差频率的电流(电压) 进行励磁， 并调节励磁电流(电压) 的幅值、频率、相位， 实现定子恒频恒压输出。双PWM控制的交-直-交电压型变换器不仅具有良好的输出特性， 而且可以改善输入性能， 可以获得任意功率因数的正弦输入电流， 并具有能量双向流动能力， 是一种可满足双馈风力发电机交流励磁要求的理想变频电源。 用双PWM励磁的双馈发电机系统 两电平电压型双PWM变换器 双馈电机转子可由2个“背靠背”的电压型PWM变换器(转子侧变换器和网侧变换器) 构成的双PWM变换器进行励磁，中间的滤波电容C用于稳定直流母线电压。转子侧变换器可向转子绕组馈入所需的励磁电流,并通过快速控制励磁频率来改变电机转速，从而完成定子磁链定向矢量控制任务，实现最大风能捕获和定子输出的功率调节。网侧变换器可配合转子侧变换器实现能量的双向流动。转子侧变换器和网侧变换器分别工作在两个完全相逆的过程,其电路结构相同 电压型双PWM变换器结构分析 电路简单、对称、性能可靠，最常用、技术最成熟 IGBT容量水平达MW级，有工程现实性 交-直-交结构，直流母线电容两变换器解耦，可独立控制， 对电网故障有较强的适应能力 网侧PWM变换器为Boost电路，直流母线电压高低设计自由度大 转子侧PWM变换器采用SVPWM调制，直流母线电压利用率高， 对DFIG转子电压的控制能力强 为电网故障下对DFIG实施有效控制提供了有利条件 优势： 不足 大容量直流母线电容体积庞大，薄弱环节，可靠性隐患 且电容会随时间增长而减少，降低励磁系统使用寿命 两电平PWM变换器均采用高频硬开关方式，开关损耗大 两电平PWM变换器电平数少，开关器件电压应力大 对于网侧变换器而言，为了不使高频的谐波电流污染电网，通常要在于电网连接处设置防电磁辐射的EMI 滤波器 为了防止对发电机绕组绝缘产生过高的电应力引起击穿，防止产生过大轴电流损伤电机轴承，需要在转子侧变换器的输出端增加一个限制输出电压变化率的额外滤波器 两个PWM变换器运行状态可控，可实现可逆运行，能量可双向流 网侧变换器数学模型 网侧变换器与电网之间通常要接入RL滤波电路，这里将滤波电路和网侧变换器作为一个整体进行建模 =1 时上桥臂导通，下桥臂关断； =0 时上桥臂关断，下桥臂导通 电网电压 交流侧电流 网侧变换器输出的直流电流 电容两端电压 三相桥臂开关函数： 转子侧变换器数学模型 对转子侧变换器其交流侧和直流侧电压电流存在如下约束关系： 中间直流环节数学模型 背靠背PWM变换器中间直流电容，其两端电压与网侧及转子侧的变换器的直流侧电流存在如下关系： 为电容两端电压。约定 以从网侧变换器流出为正， 以流入转子侧变换器为正。 和 为网侧和转子侧变换器的直流电流 网侧变换器的控制与设计 网侧变换器采用基于电网电压定向的矢量控制，将同步旋转坐标系d轴定位与电网电动势矢量，则 d轴表示有功分量参考轴，而q轴表示无功分量参考轴，从而可以实现网侧有功、无功分量的独立控制。网侧变换器控制系统的设计，采用了双环控制系统，即电压外环和电流内环。电压外环控制三相VSR直流侧电压的稳定，而电流内环按电压外环输出的电流指令进行电流控制，以实现单位功率因数正弦波电流控制。 电压外环设计 经坐标变换可得： 当 值被控制为0时，可以看出 受 控制，本方案采用PI调节器控制直流电容电压 ，则d轴电流的指令值 可以表示为： 电压锁相环的结构原理图 电压位置角 电流内环设计 三相静止坐标系下，整流器开关函数模型为： 三相静止坐标系下，网侧变换器的电压方程为： 经坐标变换，可得到网侧变换器在两相同步旋转坐标系下的电压方程为： 和 的表达式为：