風(fēng)機(jī)及其控制系統(tǒng)研究

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隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，在一些發(fā)電場(chǎng)合，如水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)也有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，雙饋發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制電路作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其動(dòng)態(tài)性能直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)所發(fā)出電能的質(zhì)量以及單機(jī)、風(fēng)電場(chǎng)甚至整個(gè)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。無(wú)論是系統(tǒng)仿真研究、控制策略驗(yàn)證角度考慮，還是出于雙饋石家莊風(fēng)機(jī)本身的運(yùn)行控制特性研究的需要，都離不開(kāi)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，因此，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的研究近年來(lái)也倍受學(xué)術(shù)界關(guān)注。
雙饋發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)數(shù)學(xué)模型雙饋石家莊風(fēng)機(jī)是一個(gè)多回路、強(qiáng)耦合、彼此又處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的電路，對(duì)其求解和分析都相當(dāng)復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)由三相到二相坐標(biāo)變換，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型將變?yōu)槌Ｏ禂?shù)微分方程，其求解與分析將變得簡(jiǎn)單容易，也有利于系統(tǒng)的仿真和控制策略的研究。根據(jù)研究所關(guān)注的重點(diǎn)不同和采用坐標(biāo)系不同，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型主要包括：(1)ABC坐標(biāo)系下的多變量數(shù)學(xué)模型；(2),zp坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型i(3)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。雖然雙饋石家莊風(fēng)機(jī)在ABC三相坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，但此時(shí)石家莊風(fēng)機(jī)各相繞組的自感參數(shù)以及互感系數(shù)等都可以直接自行設(shè)置，并且對(duì)于定子側(cè)繞組是“△”連接的石家莊風(fēng)機(jī)還能描述其內(nèi)部的環(huán)流特性。
以上雙饋石家莊風(fēng)機(jī)模型的優(yōu)點(diǎn)，雖然極大地提高雙饋石家莊風(fēng)機(jī)模型本身仿真研究的準(zhǔn)確性，可以滿(mǎn)足不同研究的需要。但是這種模型各相繞組之間的強(qiáng)耦合以及電磁轉(zhuǎn)矩Z與定轉(zhuǎn)子各相電流之間的非線性使得系統(tǒng)的分析較為復(fù)雜，不利于系統(tǒng)的分析研究以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們知道，進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)通常可以借助坐標(biāo)變化的方法對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)于對(duì)稱(chēng)的三相正弦量，在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中可以表示成直流量的形式，這樣一來(lái)，既有利于系統(tǒng)的簡(jiǎn)化分析，也可以借鑒直流石家莊風(fēng)機(jī)的控制方法對(duì)異步屯機(jī)加以控制，從而使雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的分析與控制變得方便、簡(jiǎn)單。
而在實(shí)現(xiàn)三相ABC坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的變換過(guò)程中，往往存在一個(gè)過(guò)度狀態(tài)即：兩相靜止筇坐標(biāo)系。本文側(cè)重雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能的研究，故直接給出用于雙饋石家莊風(fēng)機(jī)矢量控制的雙饋石家莊風(fēng)機(jī)同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型，以便后續(xù)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)控制策略的研究與分析。在雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的等效電路中，若將轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)折算到定子側(cè)，并采用電動(dòng)機(jī)慣例，雙饋發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)矢量控制策略研究雙饋石家莊風(fēng)機(jī)是繞線式感應(yīng)石家莊風(fēng)機(jī)，它的矢量控制基本原理和其它的石家莊風(fēng)機(jī)基本一樣。
然而與普通異步石家莊風(fēng)機(jī)的控制相比，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的控制更為復(fù)雜。在雙饋石家莊風(fēng)機(jī)矢量控制策略中，依據(jù)其矢量定向方法的不同，可分為基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制、基于氣隙磁場(chǎng)定向的矢量控制以及基于定子電壓定向(虛擬電網(wǎng)磁場(chǎng)定向)的矢量控制等矢量控制策略。在將普通異步石家莊風(fēng)機(jī)的矢量控制策略應(yīng)用到雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)中時(shí)，最直觀最簡(jiǎn)單的方法就是采用對(duì)等的方法，將普通異步石家莊風(fēng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)或轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制，對(duì)應(yīng)到雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)或定子磁場(chǎng)定向的矢量控制，從而像普通異步石家莊風(fēng)機(jī)的矢量控制一樣實(shí)現(xiàn)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的解耦控制。但對(duì)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)采用磁場(chǎng)定向的矢量控制策略時(shí)，存在著以下問(wèn)題：(1)磁鏈觀測(cè)的準(zhǔn)確性不高；(2)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)定子側(cè)有功功率和無(wú)功功率之間存在著耦合，在定子磁場(chǎng)定向的情況下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的完全解耦控制；(3)在基于定子磁場(chǎng)定向的雙饋石家莊風(fēng)機(jī)矢量控制策略中，較大的轉(zhuǎn)子無(wú)功電流分量0會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償能力受到了限制。