整理直驅(qū)式永磁同步風(fēng)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(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制研究一、風(fēng)力機(jī)特性分析圖1-1風(fēng)力機(jī)模型實(shí)際風(fēng)速和轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和功率，可以測(cè)定風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速功率特性，理解最大風(fēng)能捕獲原理。Tmw曲線圖1-2Tmw特性取風(fēng)速為12m/s,風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速Wr為05rad/s,得出此風(fēng)速下的Tmw曲線，如上圖所示。從圖中可以看出，Tm隨著風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)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(fēng)速為12m/s,風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速Wr為05rad/s,得出此風(fēng)速下的Pmw曲線，如上圖所示。從圖中可以看出，Pm隨著風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而先增大后減小。風(fēng)力機(jī)捕獲的最大功率的標(biāo)幺值為0.89,基值

2、為1.75MW（仿真中電壓的基值是電機(jī)端額定電壓的幅值，為0.69KV父1.414=1KV,電流的基值是電機(jī)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(shí)際值為0.89x1.75MW=1.56MW。最大功率對(duì)應(yīng)的電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速為WR=2.35rad/s,所以最佳葉尖速比為九0pt=WrMR/VW=6.07。當(dāng)風(fēng)速為11.85m/s時(shí)，調(diào)整風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，風(fēng)力機(jī)捕獲的最大功率的標(biāo)幺值為0.856,實(shí)際值為0.856M1.75MW=1.5MW,達(dá)到額定功率。對(duì)比相同風(fēng)速下的風(fēng)力機(jī)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(fēng)力機(jī)捕獲的Pm最大值所對(duì)應(yīng)的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速大于機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm最大值所對(duì)應(yīng)的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速。圖1-4轉(zhuǎn)子承受動(dòng)力方程風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)速，定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。、永磁同步發(fā)電機(jī)的控制策略同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)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(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，可以采用電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)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(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te是一個(gè)關(guān)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(zhuǎn)矩Te只與isq有關(guān)。(2-2)(2-3)id=0,(2-4)又根據(jù)式（2-3）可知，電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速wr與電磁轉(zhuǎn)矩Te相關(guān)，于是可以通過控制轉(zhuǎn)速wr獲彳導(dǎo)q軸電流的參考值isq°由式（2-1）可知，“和見之間存在耦合項(xiàng)WeLqisq和weLdisd,可以通過前饋補(bǔ)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(jī)側(cè)雙閉環(huán)控制框圖里0.0025Hisc岫in:Gqntrofc0.0025HEs§1i

5、sb=所示。圖2-2機(jī)側(cè)主電路精品文檔精品文檔使其和電機(jī)端電壓相互作用機(jī)側(cè)主電路如圖2-2所示，通過控制三相橋的交流側(cè)電壓,而決定定子電流,進(jìn)而控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、f轉(zhuǎn)速以及有功和無功。wLdid+aWf3LqiqiqUdc_refN/DUcTsUdTWOT1T2T3SVPWMT4T5T6T1T2T3T4T5T6圖2-3機(jī)側(cè)王電路的控制電路卜圖分別是風(fēng)速為6m/s10m/s和6m/s11m/s的機(jī)側(cè)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(fēng)速為6m/s11m/s的機(jī)側(cè)仿真波形從圖中可以看出：風(fēng)速為11m/s的isd值和其對(duì)應(yīng)的無功

6、值明顯大于10m/s的isd值和其對(duì)應(yīng)的無功值，其它值都增大。三、網(wǎng)側(cè)控制策略永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，網(wǎng)側(cè)逆變器所要達(dá)到的控制目標(biāo)是：（1）保證直流電壓恒定且具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。（2）保證網(wǎng)側(cè)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(cè)變流器工作于逆變狀態(tài)。由于對(duì)無窮大電網(wǎng)而言電網(wǎng)電壓是恒定的，所以對(duì)網(wǎng)側(cè)電流實(shí)施有效的控制就能達(dá)到所期望的控制目標(biāo)。網(wǎng)側(cè)變流器在dq0坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)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(dòng)勢(shì)矢量在d、q軸分量。網(wǎng)側(cè)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(cè)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(cè)主電路網(wǎng)側(cè)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(cè)主電路的控制電路圖3-4風(fēng)速為6m/s11m/s的網(wǎng)側(cè)仿真波形由風(fēng)速為6m/s11m/s的機(jī)側(cè)、網(wǎng)側(cè)仿真波形可讀出：風(fēng)速為11m/s的機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)傳遞的功率相等，且等于風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的功率，標(biāo)幺值為0.68,實(shí)際值為0.681.75MW=11.9MW。精品文檔精品文檔Ea2AI圖3-5網(wǎng)側(cè)S2spwm調(diào)制圖3-6網(wǎng)側(cè)功率計(jì)算TotalHarmonicDistortionIndivi