風(fēng)能系統(tǒng)集總控制的仿真研究

　　1 引言
　　本文利用一種新的永磁同步電機(jī)集成控制的方法對(duì)風(fēng)電機(jī)組電能輸出進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)仿真對(duì)其結(jié)果進(jìn)行探討。研究結(jié)果表明該方法不僅可以改善控制效率，而且能夠節(jié)約控制部分的硬件成本，適合應(yīng)用于風(fēng)況變化大的風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域。
　　2 空間矢量控制理論
　　仿真設(shè)計(jì)中，將風(fēng)電機(jī)組的角速度傳感器和AC/DC 變換器聯(lián)接作為控制的硬件平臺(tái)。在整個(gè)仿真測(cè)試過(guò)程中，采用了直接耦合型風(fēng)電機(jī)組。而仿真計(jì)算中為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，忽略了風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的張力以及逆變態(tài)特性隨各種因素變化的影響。其變流器的3 相等式可簡(jiǎn)化表示為：

等式左邊是關(guān)于電感L 上的電動(dòng)勢(shì)項(xiàng)，ex 是x 方向的電動(dòng)勢(shì)分量，Ri 是系統(tǒng)負(fù)載電勢(shì)差（電阻× 電流），vx 是控制模塊的負(fù)載電壓。
　　基于空間矢量控制理論，我們可以用智能功率模塊作為硬件平臺(tái)在直交坐標(biāo)系上建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組控制，使變流器的開(kāi)關(guān)由PWM 波操控。由于穩(wěn)定的3 相正弦交流電可產(chǎn)生恒定的圓形磁通，因此可利用變流器開(kāi)關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生的反饋信號(hào)去調(diào)制3 相電流的圓形磁通。換句話說(shuō)，SVPWM 技術(shù)可穩(wěn)定電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生的高磁場(chǎng)。由于在控制過(guò)程中各個(gè)PMSG 被集成到一個(gè)系統(tǒng)作控制，就可以充分地運(yùn)用直流電壓并且將高次諧波減到最小。在這個(gè)模型中，3 相正弦電壓可被設(shè)定為：

　　其中uA，uB 和uC 是3 相電壓，Q 是相位（可等于0 度,120度或者240 度），ø 是所加的額外的角度（等于60/n，其中n 是連接到控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的總數(shù)），而Um 是峰值電壓。因此電路由三對(duì)橋式交換器構(gòu)成，定子端電壓則實(shí)際上通過(guò)由PWM 信號(hào)調(diào)控的6 個(gè)功率開(kāi)關(guān)T± 控制，如圖1 所示。另外，變流器的一組（上下兩個(gè)）開(kāi)關(guān)實(shí)際上是互鎖配置的：當(dāng)其中一個(gè)IGBT 在關(guān)閉位置時(shí)，另一個(gè)IGBT 則在打開(kāi)位置。而三對(duì)開(kāi)關(guān)作用T± 可由abc 表示。例如，（abc）=（000）是三個(gè)上部開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)，（abc）=（111）是三個(gè)上部開(kāi)關(guān)打開(kāi)狀態(tài)。總而言之，所有的8 個(gè)不同動(dòng)作可由8 個(gè)虛擬的電壓矢量所表示，并可形成一個(gè)完整的電壓矢量圖。
　　在實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)計(jì)中，我們使用了雙重閉合回路，圖1 顯示是研究中的一個(gè)雙重閉合回路級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)：其中一個(gè)環(huán)為電壓控制，另外一個(gè)環(huán)為電流控制。直流電壓環(huán)是控制母線電壓，但電流環(huán)則是用于電機(jī)控制。在其中，變頻器的有功功率P 和無(wú)功功率Q 在d-q 坐標(biāo)可以寫成：