控制双馈式感应发电机风能转换系统

R.Rajeswari
PG学生,研究学者,部门的电气和电子工程学院工程圭因迪安娜大学,钦奈,印度

文摘

基于双馈感应发电机(DFIG)的风力涡轮机是获得荣誉的风电市场增长。通过双向变换器在DFIG转子电路可以工作在两次同步发电机和super-synchronous模式。DFIG背靠背转换器连接。一般来说,VAR wec补偿是一个主要的问题。并联电容器银行添加到机器导致许多问题,如电压等。在这个项目中,电网侧变换器本身补偿无功功率,而不是提供一个额外的补偿装置。额外的权力也从转子中提取的一面。边粉碎转换器控制转子的速度通过v / f控制技术而grid-side转换器控制直流母线电压,确保操作通过无功功率由效用为零的系统通过使用voltage-oriented控制技术。grid-side电流控制通过使用参考当代p q理论。DFIG的性能分析在次同步的操作方法,使用MATLAB / SIMULINK和super-synchronous生成模式。

索引词

双馈感应发电机(DFIG),风能转换系统(wec),电压定向控制(VOC), p q理论,公用电网,转子侧变换器(RSC),电网侧变换器(GSC)。

介绍

现今,传统能源的消费增加了,所以一直在努力从可再生能源,如风力发电,太阳能等,风能已成为其中一个最重要的和最有前景的可再生能源的来源。这要求额外的传输容量和更好的维护系统可靠性的方法。今天世界的风力发电容量大约是50千瓦,预计到2012年将达到160千瓦。在现代风力涡轮机发电系统(WTGS),风力涡轮机是受变化的负载和突然的风速变化的影响。

风电在电网增加渗透,双馈感应发电机(DFIG)风力涡轮机在很大程度上是由于他们部署变速特性,从而影响系统动力学。这创造了一个兴趣开发合适的模型对DFIG被集成到电力系统研究。风力发电的连续高渗透的趋势,近年来,使得有必要引入新的实践。此外,为了模型电力电子转换器,在最简单的场景中,假设之间的转换器是理想和直流环节电压转换器是恒定的。因此,根据变频器控制,可以实现可控电压(电流)来源代表的操作rotor-side变换器的模型。

文献中,ManasiPattnaik”,研究双馈感应发电机的变速风能转换系统”,给出了简单的操作和工作DFIG。[1] .F。普瓦捷,m . Machmoum R。Le Doeuff和卷Zaim”控制的双馈感应发电机风能转换系统”,使信息对DFIG的建模和控制操作使用。[2]r。Pena, J。克莱尔C和G。亚(1996),“双馈式感应发电机使用连续的PWM变换器及其应用变速风电的一代”,描述了转子侧变换器控制的DFIG转子侧变换器提供了参考波形和脉冲RSC取得了这个真正的无功功率可以控制。[3].T。Thiringer,。Petersson, T。Petru(2003),“电网扰动响应的风力发电机配备了感应发电机和双馈异步发电机”,简要了解电网扰动对定速风力涡轮机和风力涡轮机和DFIG。[4]。。Petersson, L。Harnefors, T。Thiringer(2005),“评价电流控制方法对于使用双馈感应电机的风力涡轮机,”给出了简短的分析磁场的电流控制的DFIG。[5]。CarlesBatlle,ArnauD`oria-Cerezo ,Romeo Ortega (2006) , “A Robustly Stable PI Controller for The Doubly-Fed Induction Machine”, this paper gives the brief idea about the closed loop of the system using the PI controller.

双馈式感应发电机

2.1介绍

绕线转子异步发电机(WRIGs)提供三相绕组转子和定子。他们可能在转子和定子终端提供能量。因此他们被称为双馈感应发电机(DFIGs)或双输出式感应发电机(多依格)发电机模式。汽车和发电运行模式都是可行的,提供了电力电子转换器提供转子电路通过销售和画笔能够处理在两个方向。

2.2操作DFIG的原则

主流大功率风能转换系统(WECSs)是基于双馈感应发电机(DFIGs)。DFIGs的定子绕组直接连接到电网,转子绕组通过背靠背连接到电网电力电子转换器。背靠背转换器包括两个转换器,即。,rotor side converter (RSC) and grid side converter (GSC) that are connected “back-toback.” Between the two converters a dc-link capacitor is placed, as energy storage, in order to keep the voltage variations in the dc-link voltage small. Control of the DFIG is more complicated than the control of a standard induction machine. In order to control the DFIG the rotor current is controlled by a power electronic converter.

风力涡轮机使用组成的DFIG WRIG和AC / DC / AC电力电子转换器。直接连接到三相定子绕组,50赫兹网格在转子美联储在变频通过AC / DC / AC变换器通过销售允许DFIG运行速度变量,以应对变化的风速,如图1所示。一个典型的应用程序中,对DFIG风力涡轮机,因为他们的工作速度范围有限的约20 - 25%。其他应用程序对DFIG系统飞轮储能系统,抽水蓄能电站等等。

整个系统是边粉碎转换器控制速度,而grid-side转换器控制直流母线电压,确保统一的操作功率因数(即零无功功率)。通过双向变换器在DFIG转子电路可以工作在两次同步发电机和super-synchronous模式。取决于操作条件下,权力是美联储在或的转子(超同步模式的情况下),然后从转子通过转换器流向电网。

PCrotoris用来产生或吸收能量Pgin为了保持直流电压不变,如图1所示。在稳态无损的AC / DC / AC变换器,Pgis等于Prand风力涡轮机的速度是由权力Prabsorbed PCrotor或生成。PCrotoris所产生的交流电压的相序次同步速度和阳性阴性super-synchronous速度,这个电压的频率等于电网频率的乘积和的绝对值。PCrotorand PCgridhave生成或吸收无功功率的能力,可以用来控制无功功率或电压在电网terminals.Fig。1显示了DFIG系统与电力电子转换器。

2.3 DFIG的特性

作为一种可再生资源,风有几个重要特征包括,很难预测,其方向和速度迅速、随机变化。这些特性使把风能转换成电能的过程。

滑的负值意味着运行上面的机器同步转速旋转磁场的方向。转矩的方向是同时逆转(旋转磁场的方向相反),机器必须由机械动力的源泉,以抵消反对扭矩。在这个过程中机器充当发电机输送功率源。s > 1,机器运行方向相反的旋转磁场和内部转矩。为了维持这种情况,机器也应由机械驱动电源。这种模式操作感应机被称为堵塞,相当于一个电气制动的方法。

控制方案

3.1介绍

在wec,机器将无功功率最初开始。因此VAR wec补偿是一个主要的问题。并联电容器银行,如果添加机器可能导致过电压。如果额外的补偿装置,如STATCOM / SVC等,添加可能导致控制的复杂性,可能导致不经济的费用。

在此系统中,DFIG背靠背的转换器,grid-side转换器本身作为补偿装置和维护UPF值在网格。面向各种控制技术报告的电压控制和参考当代控制简单和易于实现。

3.2电压定向控制(VOC)

电网连接逆变器可以控制各种方案。的一个计划被称为电压定向控制(VOC),如figure.3.1所示。这个计划是基于abc静止参考系之间的转换和dq同步帧。栅极电压的控制算法实现同步参考系中,所有的变量都是直流成分的稳定状态。这有助于设计和逆变器的控制。

实现VOC、栅极电压测量及其角θgis检测电压的方向。这个角是用于转换的变量从abc静止帧dq同步帧通过abc / dq变换或同步坐标系回到静止坐标系通过dq / abc转换如fig.3.1所示。各种方法可用来检测电网电压角度θg。假设电网电压,流浪者,vbg向量平衡三相正弦波形,θg。可以获得的,

θg = tan-1 vβ/ vα

上述方程表明,不需要测量阶段c栅极电压vcgas fig.3.1所示。在实践中,电网电压可能含有谐波失真,所以数字滤波器或阶段——锁环(pll)可以用于检测电网电压角度θg。

在问* g是无功功率的参考,可以设置零功率因数统一操作,负值为领先的功率因数操作或操作滞后功率因数的积极价值。

3.3参考当代控制

有关的数量来衡量和分析,以生成电流参考信号(并联)有源滤波器的控制系统,有三种策略:

(我)负载电流检测。

(2)电源电流检测。

(3)电压检测。

负载电流检测和电源电流检测是并联有源滤波器在本地工作,建议对个人非线性大功率消费者。电压检测建议:(一)并联有源滤波器功能在复杂设备(所谓的“统一电能质量调节器”),其目的是使一次配电变电站;(b)并联有源滤波器位于配电系统和支持实用程序。还系列有源滤波器主要是基于电源电流检测。主要有两种类型的控制策略分析和提取电流或电压谐波畸变波形。

(我)频域:基于频域的傅里叶分析;

(2)时域:基于瞬时无功功率理论的三相电路和oftencalled p q理论。

1983年,船长等都提出了“广义的三相电路瞬时无功功率理论”,也被称为瞬时功率理论,或p q理论。克拉克p q理论由一个代数变换(转换)的三相电压和电流a - b - c a-ß-0坐标系坐标,紧随其后的是p - q理论的计算瞬时功率组件。

之间的转换关系三相电力系统的每个组件和正交坐标表达在空间向量由以下方程的显示电压和电流方程如上所示。这个瞬时无功定理进行瞬间的基于瞬时无功功率检测三相电路的电压和电流。

基本p q理论已经被证明是不准确时,负载电压制度是扭曲的和/或不对称。为了补偿的限制,该方法已得到改进和扩展。

仿真结果

DFIG机器的操作模式,即次同步产生,super-synchronous生成模拟的波形速度和定子,转子功率和扭矩在上述的操作模式。转子速度控制采用v / f控制和grid-side无功功率直流控制通过使用电压定向控制技术。grid-side电流是由使用参考电流控制技术控制下p q理论。

4.1次同步生成模式

在次同步模式转子发电注入机器为了气隙功率恒定。由于滑动是积极的在次同步操作机械功率低于气隙功率(Pm < P ag)。

4.2 SUPER-SYNCHRONOUS生成模式

在super-synchronous模式转子发电的机器为了使气隙功率恒定。自滑是负super-synchronous操作机械功率大于气隙功率(Pm > P ag)。

4.3电压定向控制方案的仿真结果

电网侧变换器的主要目的是维持直流母线电压恒定的必要行动。电压定向控制技术是走近来解决这个问题。PWM变换器目前监管的直轴电流被用来调节直流环节电压而交轴电流组件是用来调节无功功率。

当前一代控制方案仿真结果供参考

电网侧变换器的主要目的是维持直流母线电压恒定的必要行动。参考目前控制技术是走近来解决这个问题。PWM变换器是当前监管与代引用电流被用来调节直流环节电压平衡供应条件运用p q理论也被用来调节无功功率。

制表各种速度

结论

详细的分析了DFIG模型所需的参数及其生成模式的操作是解释清楚的帮助下获得的波形仿真结果。的各种响应系统中观察到的超级和次同步生成的操作模式。边粉碎转换器的控制方案和grid-side转换器,使用MATLAB / SIMULINK模拟了。

附录

双馈式感应发电机的评级

数据乍一看


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图7	图8	图9	图10

图11	图12	图13	图14	图15

图16	图17	图18	图19	图20

引用

ManasiPattnaik”,研究双馈感应发电机的变速风能转换系统”,国际杂志的特刊电力系统操作和能源管理,ISSN(打印):2231 - 4407 - 3 - 1卷,问题。
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