1、多重电枢绕组混合励磁风力发电系统并联运行并网控制策略概要电气技术I Electric Technology多重电枢绕组混合励磁风力发电系统并联运行并网控制策略为了提高系统的可靠性和容错能力,针对多重电枢混合励磁发电机。提出了一种多重电枢直流侧电压关联运行的控制方案。详细分析了单套逆变器数学模型和控制策略,运用CAN通信和上位机控制。实现多重逆变器并联运行并网。试验结果与理论分析结果相吻合。汤蒸燕阮毅杨勇叶斌英/E海大学机电工程与自动化学院为了最大限度捕捉风能,提高风力发电系统的市场竞争力,以低成本、高可靠性、高容错及高性价比为目标,上海大学提出了多重电枢绕组混合励磁风力发电系统。额定运行下,通
2、过调节励磁电流的大小调整发电机输出合适的电压以配合电网侧逆变器的正常工作;低速运行下,多重电枢并联运行以提高风能利用率和确保系统发电量;正常运行下,可以选择单套个别运行和多套全部汤燕燕7硕士研究生投入运行;故障发生时,可撤去故障电枢单元进行检修,维持发电系统持续运行。本文将具体介绍多重电枢绕组混合励磁发电系统以及风力逆变器的数学模型和控制策略,并将以试验波形验证理论分析。关键影Key帅陆量差电枢绕组混合励磁风力发电多重电枢绕组系统混合励磁发皂机.多重电枢绕组混合励磁风力发电系并联.统的结构框图如图1所示。数学模型.用小容量副励磁机混合励磁调节装控制策略.置代替大容量的主回路直流调节装置,台达环
3、境与教育基金会电力电子科教发展计划资助(DRES2007002。2009上海大学研究生创新基金(SHUCX092200。62l嘭:露硪建筑电气2009年第28卷第23期田1多重电枢绕组混合励磁风力发电系统有效地降低成本,提高系统效率;采用多重电枢的可灵活调节的单元串、并联运行方式,降低了电力电子器件直接并联的难度,扩展风力发电系统的风能捕捉和低速运行范围,又提高了系统的容错能力;采用多极少槽的混合励磁同步发电机直接驱动,避免使用故障率很高的减速齿轮箱,提高了系统的可靠性。多蕈电枢绕组混合励磁风力发电系统的控制框图,如图2所示。风力发电系统的控制环节主要有:1电网侧电流控制。根据电网的电压矢量,
4、实时控制风力发电系统输出电流的有功分量和无功分量。有功分量作为内环,实际上控制了同步发电机的转矩;而无功电流则控制系统的功率因数。将给定电流分配给图2所示各控制单元实施电流闭环控制,并有效抑制电流的谐波分量。2直流侧电压控制。根据转速的变化控制同步发电机励磁电流,以维持足够的直流电压,保证PWM逆变器正常 工作。万方数据 万方数据电气技术IElectric Technology则0=J.d为E。与d轴的夹角。因此可得瞟孑其中E。为电网电压合成矢量的幅值。将式(9代入由式(8整理得令实现了有功电流i。和无功电流i。解耦控制。为了使输出电流快速跟踪给定电流,采用电流PI调节器实现闭环控制。PI调节
5、器输出为f“d=Kp(idIid+Kf J(idliddt2。(13 【“。=K,(i,-一i。+K J(i。,一i。dt根据式(I 1解得并网逆变器d轴电压和q 轴电压给定为P 2Es-,iq“8(14【qI=taLld+“1 并网逆变器的控制系统如图4所示,按照图1电流所标的参考方向(发电机惯例,当i。为正,i。为零时,功率因数为1,仅向电网发送有功功率;当i。为正,i。为负时,同时向电网发送有功功率和无功功率。改变i。和i。,可以控制输出的能量和功率因数。并联运行并网逆变试验为了验证该控制策略的可行性和并网逆变器的性能,研制了基于英飞凌公司DSP芯片(XCl67CI的试验平台,整个系统由
6、两块XCl67CI芯片来实现,分别控制上、下套并网逆64I嘭易棚-建筑电气2009年第28卷第23期变器,两块DSP通过CAN与电脑进行通信,由上位机软件统一控制。瓴平匦母魄一卜S %V 串,V、onPW垦-强。W。一!警8鲁_M_,俐垒查坐R凶”图4并网逆变控制系统并网逆变试验分两部分:第一步为单套逆变运行,第二步为并联逆变运行。1.单套逆变试验i。=0和i。0两种情况下电流给定突变的系统电流响应图如图5与图6所示。可以看出系统动态响应快、波形正弦度好且系统性能良好,电流有功分量和电流无功分量能够很好地解耦控制,实现并网逆变器的能量传输和功率因数可调控制,为下一步并联逆变运行奠定了良好的基础
7、。图5A相电压(300V/格和A相电流(6A/格波形圈6A相皂压f300V/格和A相电流16A/格J波形O.kL+.bsL E 一一=RR +蛾面眠面LL“+d也刎一弘得式入代2“=R R +眠面些出LL万方数据多重也枢绕组混合励磁风力发电系统并联运行并阿控制策略Electric Technologyl电气技术2.并联逆变试验两套并联运行下,两套都为有功电流给定和一套有功电流给定一套无功电流给定情况下的系统电流响应图如图7与图8所示。可以看出波形正弦度好、系统性能良好,谐波分量较小,实现了并联并网运行。 圈7两套A相电流(6A/格波形(都为有功 圈8两套A相电流16A/格波形(一套有功一套无功
8、结束语本文针对多重电枢混合励磁发电机,提出一种多重电枢直流侧电压关联并网的控制方案,根据并网逆变器的数学模型,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM方式和电网电压合成矢量定向的控制策略,实现有功功率和无功功率的解耦控制。为了提高并网逆变器的可靠性和抗电网电压波动,同时进一步降低并网逆变器的成本,.通过分析多种电网电压合成矢量定向的方法,正在研究并验证一种基于软件锁相环的电网电压实时检测的电网电压合成矢量定向方法和基于虚拟磁链的电网电压合成矢量定向方法。以后将会陆续给出该控制策略和试验结果。参考文献杨秀嫒,梁贵书.风力发电的发展及其市场前景J.电网技术,2003,27(7:78-79.曰广新,晁勤,刘
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12、筑电气嘭与胡I651J 1J l23456789rL rL rL rL rL rL rL rLrL 万方数据 多重电枢绕组混合励磁风力发电系统并联运行并网控制策略作者:汤燕燕, 阮毅, 杨勇, 叶斌英作者单位:上海大学机电工程与自动化学院刊名: 电气应用英文刊名:ELECTROTECHNICAL APPLICATION年,卷(期:2009,28(23参考文献(15条1.韩肖清;史燕变速恒频风电机组并网运行的暂态稳定性分析 2007(022.闫广新;晁勤;刘新刚并网型双馈风电机组动态稳定性仿真期刊论文-电网技术 2007(243.杨秀媛;梁贵书风力发电的发展及其市场前景期刊论文-电网技术 200
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