雙饋風力發電機有功功率和無功功率的滑模解耦控制
劉遠濤1，楊俊華1，謝景鳳1， 劉慧媛1， 吳捷2
（1廣東工業大學自動化學院廣東廣州510006；2華南理工大學電力學院，廣東廣州51 0641）
摘要：發電機有功功率、無功功率的解耦控制是變速恒頻雙饋風力發電系統的關鍵技術。分析了反饋異步發電機的動態數學模型，基于定子磁場定i句的矢量控制方案，結合滑模控制與比例積分控制，得到一種有效的雙饋風力發電機功率解耦控制策略。應用李雅普諾夫穩定性理論研究系統穩定性，建立了matlab／simulink環境_f系統的仿真模型。仿真結果表明，該控制方法能夠很好地實現雙饋發電機有功功率、無功功率的解耦控制，驗證r該控制策略及變速恒頻雙饋風力發電機系統建模的正確性和有效性。
關鍵詞：雙饋異步發電機；矢量控制；滑模解耦控制
中圈分類號：tm 315文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)04-0039-05
0 引 言
風能是一種隨機變化的過程性能源，為提高風能的利用率，通常采用變速恒頻發電方案，交流勵磁變速恒頻雙饋電機定子繞組直接接工頻電網．轉子繞組通過變頻器和電網相連，通過改變轉子側供電電源的頻率、幅值、相位及相序，能在較寬的轉速范圍內實現雙饋發電機的變速恒頻控制、****風能捕獲控制、發電機輸出有功功率和無功功率的解耦控制。和轉子繞組相聯的功率變換器只需處理轉差功率，變換器的容量可大大減小。
雙饋風力發電系統中，發電機有功功率和無功功率的解耦控制是變速恒頻發電技術的難點和關鍵。國內、外學者已經做了很多相關研究，但大多數采用傳統的pi控制算法。文獻[3]在雙饋異步發電機( dfic)有功與無功功率的解耦控制中應用了自抗擾控制策略；文獻[4-6]研究了傳統的比例積分( pi)雙閉環控制策略應用于dfic有功與無功功率的解耦控制，外環為功率控制環，內環為電流控制環。但建模誤差及系統參數的攝動，給pi參數的整定帶來困難。現代控制理論同樣為控制實現提供了更多選擇。滑模變結構控制本質上是一種不連續的開關控制，它要求頻繁、快速地切換系統的控制狀態，具有快速響應、對系統參數變化不敏感、設計簡單、易于實現的特點，在風力發電系統巾已有成功應用。
在分析雙饋異步電機的動態數學模型和基于定子磁場定向矢量控制的基礎e，將滑模控制與比例積分控制相結合，給參數的整定帶來了較火方便，能有效實現雙饋風力發電系統有功功率和無功功率的解耦，提高了系統的動態響應和魯棒性。采用李雅普諾夫穩定性理淪研究了系統的穩定性，建立了matlab/simulink環境下系統的仿真模型，仿真研究結果驗證控制策略的正確性和有效性。
1 基于定子磁場定向的雙饋發電機量控制
雙饋型風力發電機原理框圖如圖1所示。
三相坐標系下雙饋發電機的數學模型是一個時變、非線性、強耦合系統，為實現發電機的有功功率、無功功率解耦控制．建立同步旋轉坐標系下的雙饋電機數學模型，采用了基于定子磁場定向的矢量控制技術。
1.1雙饋發電機的數學模型
根據交流電機的動態分析理論，當定子側取發電機慣例時，轉子側取電動機慣例，雙饋發電機的數學模型表示如下。
定子電壓方程為：
轉子電壓方程為：
定子磁鏈方程為：
轉子磁鏈方程為：
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