风机及其控制系统研究

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随着电力电子技术和控制技术的发展，在一些发电场合，如水力发电、风力发电等，双馈石家庄风机也有着其独特的优势。双馈风力发电系统中，双馈发石家庄风机及其驱动控制电路作为风力发电系统的重要设备，其动态性能直接关系到风力发石家庄风机所发出电能的质量以及单机、风电场甚至整个电力系统的动态稳定性。无论是系统仿真研究、控制策略验证角度考虑，还是出于双馈石家庄风机本身的运行控制特性研究的需要，都离不开双馈石家庄风机的数学模型，因此，双馈石家庄风机数学模型的研究近年来也倍受学术界关注。
双馈发石家庄风机数学模型双馈石家庄风机是一个多回路、强耦合、彼此又处于相对运动中的电路，对其求解和分析都相当复杂，但经过由三相到二相坐标变换，双馈石家庄风机的数学模型将变为常系数微分方程，其求解与分析将变得简单容易，也有利于系统的仿真和控制策略的研究。根据研究所关注的重点不同和采用坐标系不同，双馈石家庄风机的数学模型主要包括：(1)ABC坐标系下的多变量数学模型；(2),zp坐标系下的数学模型i(3)dq坐标系下的数学模型。虽然双馈石家庄风机在ABC三相坐标系中的数学模型较为复杂，但此时石家庄风机各相绕组的自感参数以及互感系数等都可以直接自行设置，并且对于定子侧绕组是“△”连接的石家庄风机还能描述其内部的环流特性。
以上双馈石家庄风机模型的优点，虽然极大地提高双馈石家庄风机模型本身仿真研究的准确性，可以满足不同研究的需要。但是这种模型各相绕组之间的强耦合以及电磁转矩Z与定转子各相电流之间的非线性使得系统的分析较为复杂，不利于系统的分析研究以及控制系统设计。我们知道，进行系统分析时通常可以借助坐标变化的方法对其进行简化，对于对称的三相正弦量，在同步旋转dq坐标系中可以表示成直流量的形式，这样一来，既有利于系统的简化分析，也可以借鉴直流石家庄风机的控制方法对异步屯机加以控制，从而使双馈石家庄风机的分析与控制变得方便、简单。
而在实现三相ABC坐标系到同步旋转dq坐标系的变换过程中，往往存在一个过度状态即：两相静止筇坐标系。本文侧重双馈风力发电系统性能的研究，故直接给出用于双馈石家庄风机矢量控制的双馈石家庄风机同步旋转dq坐标系数学模型，以便后续双馈石家庄风机控制策略的研究与分析。在双馈石家庄风机的等效电路中，若将转子侧参数折算到定子侧，并采用电动机惯例，双馈发石家庄风机矢量控制策略研究双馈石家庄风机是绕线式感应石家庄风机，它的矢量控制基本原理和其它的石家庄风机基本一样。
然而与普通异步石家庄风机的控制相比，双馈石家庄风机的控制更为复杂。在双馈石家庄风机矢量控制策略中，依据其矢量定向方法的不同，可分为基于定子磁场定向的矢量控制、基于气隙磁场定向的矢量控制以及基于定子电压定向(虚拟电网磁场定向)的矢量控制等矢量控制策略。在将普通异步石家庄风机的矢量控制策略应用到双馈石家庄风机的控制系统中时，最直观最简单的方法就是采用对等的方法，将普通异步石家庄风机气隙磁场或转子磁场定向的矢量控制，对应到双馈石家庄风机的气隙磁场或定子磁场定向的矢量控制，从而像普通异步石家庄风机的矢量控制一样实现双馈石家庄风机的解耦控制。但对双馈石家庄风机采用磁场定向的矢量控制策略时，存在着以下问题：(1)磁链观测的准确性不高；(2)双馈石家庄风机定子侧有功功率和无功功率之间存在着耦合，在定子磁场定向的情况下，无法实现有功功率和无功功率的完全解耦控制；(3)在基于定子磁场定向的双馈石家庄风机矢量控制策略中，较大的转子无功电流分量0会影响控制系统的稳定性，双馈石家庄风机的无功补偿能力受到了限制。