基于前饋控制的雙饋感應(yīng)電機矢量控制

1 引言
在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，基于DFIG的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)占據(jù)很大的比例，因此深入分析和研究雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制問題對提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能及效率有重要的意義。
近年來，各國學(xué)者對雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常工況下的運行機理及控制方法進(jìn)行了較完善的研究。文獻(xiàn)提出基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制
策略，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子電流有功分量和無功分量的解耦控制；文獻(xiàn)基于DFIG電網(wǎng)電壓定向控制，選取定子側(cè)輸出有功和無功功率為直接控制目標(biāo)。
傳統(tǒng)DFIG矢量控制是基于DFIG五階數(shù)學(xué)模型設(shè)計的，通常利用轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)構(gòu)成，且將定子側(cè)電壓視為常量。在此基于一種簡化的DFIG
模型，考慮轉(zhuǎn)子電流和定子電壓兩個變量，分別構(gòu)成含反饋控制和前饋控制的矢量控制系統(tǒng)，提高了并網(wǎng)運行效果，且增強了抑制電網(wǎng)波動的能力。

2 雙饋感應(yīng)電機數(shù)學(xué)模型
利用交直交變頻器勵磁的DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示。DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)通過交直交變頻器進(jìn)行勵磁控制，定子側(cè)通過并網(wǎng)變壓器接入電網(wǎng)。通過對DFIG轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭畲趴刂疲梢詫崿F(xiàn)DFIG的變速恒頻發(fā)電。后面討論的DFIG穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)均采用該方法。

在同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)系下，DFIG的數(shù)學(xué)模型可表示為如下微分方程組：

式中：us，ur和is，ir分別為定、轉(zhuǎn)子電壓、電流矢量；ψs，ψr分別為定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚沪豶為轉(zhuǎn)子角速度；ωe為電機同步轉(zhuǎn)速；Ls，Lr分別為定、轉(zhuǎn)子電感；Lm為互感。
由DFIG的數(shù)學(xué)模型可見，定轉(zhuǎn)子各電磁物理量之間互相耦合影響。定子電流同時受轉(zhuǎn)子電壓和定子電壓的影響。

3 基于前饋控制的轉(zhuǎn)子勵磁控制
分析DFIG數(shù)學(xué)模型，將定子磁鏈方程代入電壓方程，可得：

由于定子側(cè)電阻相比定子阻抗很小，故可略去以及RsωeLm。同時在采用電網(wǎng)電壓矢量定向控制中，d，q坐標(biāo)系中的d軸與定子電壓矢量方向保持一致，定子電壓q軸分量可認(rèn)為是零。基于以上簡化原則，可將式(3)化簡為：

從以上分析可知，由轉(zhuǎn)子電流和定子電壓至定子電流的傳遞函數(shù)共有3個，分別為定子電壓至轉(zhuǎn)子電流傳遞函數(shù)Gidud(s)和Giqud(s)、轉(zhuǎn)子電流對定子電流的傳遞函數(shù)Gisir(s)，其中Gisir(s)為常數(shù)，Gisir(s)=Lm／Ls。圖2示出開環(huán)頻譜。