并网PMSG风能系统的电源控制

PP.vinod库马尔¹, L.Venkatasureshkumar², Ravipudi.sudhir^3.

研究生，GMRIT EEE系，Rajam, Srikakulam, AP-532127，印度
GMRIT EEE系助理教授，Rajam, Srikakulam, AP-532127，印度
3 .沙特阿拉伯达曼达尔工程工程师

摘要

目前，风能是一种非常有用的能源。然后风力发电的渗透率越来越高，厂商为了符合并网的要求而改进。本文主要研究输出功率的最大化，对发电机侧变换器进行控制。然后从风中获得最大功率，这取决于风速。风力发电机组电网侧变流器，使有功功率和无功功率完全可控性输送到电网。模型利用MATLAB/ Simulink实现了并网PMSG风力发电系统的功率控制，并进行了仿真。

关键字

风力发电机，PMSG, PI控制器，背对背变换器等。

我的介绍。

可再生能源在世界范围内得到了广泛的应用。石油的成本日益增加，化石燃料非常少，吸引的解决方案也越来越少。风能是免费的，没有污染。风力发电机将风能转化为机械能，将机械能转化为电能，又称发电机。虽然风力涡轮机的优点是简单，效率高，成本少，生产维护容易。风力涡轮机[7]是两种不同类型的速度，即固定速度和变速，PMSG主要依赖于变速，因为效率高，风力获得最大功率。然后定速运行，效率很低。发电机直接连接到背对背转换器。发电机侧变流器主要用于控制发电机的转速，在低风速时使输出功率达到最大。网侧变换器主要用于将直流链路电容器的恒功率和无功功率输送到电网。

2风力涡轮机

目前正在使用的风力发电机有:带鼠笼式感应发电机(IG)的定速风力发电机，带双馈感应发电机(DFIG)的变速风力发电机，带永磁同步发电机(PMSG)[1]的变速风力发电机。制造商正在开发新的更大的风力涡轮机。1980年建造的风力涡轮机功率为50千瓦，转子直径为15米长。2003年的功率为5mw，转子直径为124m。风力机将风能转化为机械能，然后通过作用在塔架风力机和叶片上的各种力(如离心力、重力和叶片上的各种气动力，作用在塔架上的陀螺仪力)，再引入影响转换的机械能效应。本征摆动对机械效应的模拟主要是由于以下现象:涡轮的不对称、涡塔的相互作用和叶片的机械本征摆动。设计制造的风力涡轮机成本低，结构简单。一些国家的可用风速非常低，这种涡轮机被用于几个地方，因为维护容易，在风速非常低的不稳定条件下发电。涡轮机的好处是现有结构可以安装，因此安装成本降低，塔架结构被取消。较小的涡轮机可用于为电池储存能量，而电网电力则被淘汰。

3PMSG模型

模型的PMSG由dq同步参考系建立，其中q轴与d轴头部相移90度，然后取决于旋转方向。为了简化系统，假设发电机是一个表面安装磁铁的PMSG，然后没有场电流。PMSG模型由下式给出。

PMSG的优点是效率高，易于控制，体积小。然后与DFIG进行比较。PMSG的缺点是固定激励。

四、背对背电源转换器

上面的图是背对背转换器[3]。功率流可以是双向的，既可以是发电机侧，也可以是电网侧。在图中发电机侧是交流转换为直流，这是作为一个整流器。在电网侧直流转换为交流，这就像一个逆变器。这里直流链路电容是恒定的。电容器起着滤波器的作用。这消除了谐波的波动。背对背变流器在风力发电机组中应用广泛。在图中两个电压相同的电源和电容器之间连接。

v .扰动和观察技巧

有不同类型的MPPT技术可用，但在这个项目中使用的是摄动和观察方法。扰动和观察(P&O)是最简单的方法。在这种情况下，我们只使用一个传感器，即电压传感器，来检测光伏阵列电压，因此实现成本更低，因此易于实现。该算法的时间复杂度非常低，但在接近MPP时，它不会在MPP处停止，而是在两个方向上继续扰动。当这种情况发生时，算法已经非常接近MPP，我们可以设置适当的错误限制或使用等待函数，这最终会增加算法的时间复杂度。

VI.TRANSFORMER

变压器的基本原理是法拉第电磁感应定律。变压器的特点是恒频装置、恒功率装置、电磁能量转换装置、完全变换、变压器是耦合电路、变压器是单励磁装置、变压器是相移装置、变压器是恒磁装置、变压器是负反馈电路、双端口网络。

其中使用两种类型的变压器，即升压变压器或降压变压器。这里使用升压变压器，因为电压水平必须增加连接，以便成为传输线，即使用变压器，它连接到pcc(公共耦合点)。

7PMSG的框图

在上面的方框图中给出了风力机的组成部分，在风力机的齿轮箱中是可用的，齿轮箱与PMSG是用轴解耦的。然后风力涡轮机将风能转化为机械能。机械能被传递给PMSG，然后它被转换成电能，然后电能被传递给背对背转换器。其中滤波器消除了谐波。变压器的作用是提高电压水平，即提高电压。其中风力机控制桨距角控制(β)，发电机侧变换器控制发电机转速和低风速时的转矩速度和最大输出功率。然后电网侧变换器控制直流电容恒功率和无功功率输送到电网。

8比例积分控制器

PI控制器计算并将所需要的信号传递给被控制对象。计算输出信号O(t)。PI控制器依赖的参数是比例增益(Kp)，积分时间(Ti)，输出信号O(t)，误差e(t)等。对输出比例增益Kp的改变，即与当前误差值的比例。当比例增益Kp值过高时，系统变得不稳定。另一方面，如果Kp值很小，则输出响应也很小。PI控制器消除了其稳态误差。PI控制器的优点是设计简单，且响应速度快，提高了稳态响应。在PI控制器中得到的是Kp、Ki、值。PI控制器的缺点是消除了其稳态误差和峰值过调。

9仿真结果

在上面的图4发电机线路电流与时间显示。因此，在功率振荡期间，发电机中的阻尼高达0.25秒，振荡在0.25秒时减少，并保持线路电流为54安培。在上面的图5转子速度与时间显示。在突然的负载变化和故障条件下，发电机转速变化和振荡，它将在0.8秒时阻尼并稳定下来。上图6中Te、Tm分别为电转矩和机械转矩。因此，在功率振荡期间，发电机的阻尼扭矩稳定在0.8秒，机械扭矩也是0.8秒，即Te=Tm。上图7显示了有功功率和无功功率与时间的关系。0.25s时，有功功率增大，无功功率减小，有功功率维持在220MW，无功功率维持在5MW。观察两种曲线均维持在1.5MW。在上面的图8中显示了发电机电压与时间的关系。然后线路电压保持在520v恒幅恒频。

X.表格式

西结论

可以说，该项目的主要目标已经实现。本课题的主要目标是实现大型风力发电机组并网变流器的控制系统。因此，对控制系统有良好的了解是必要的。此外，为了进行仿真，还建立了各部件的模型，掌握了利用MATLAB/Simulink对并网PMSG风力发电系统进行功率控制的方法。最后观察到转子转速、电机转矩、机械转矩、线路电压、线路电流、均方根电压、均方根电流等不同类型的结果。与电网相连的电力系统必须符合电网的要求。以风力涡轮机为例，考虑到渗透到电网的风能量正在显著增加，开发可靠和质量控制系统非常重要。在本项目中还采用了P&O MPPT方法和PI控制器。实验室测试非常重要。这样就有可能对模拟结果进行验证。除此之外，实验工作还有助于熟悉实际组件，更好地理解系统。

十二。附录

参考文献

A. Abedini和A. Nasiri，“Pmsg风力发电机短路故障性能分析”，IEEE加拿大电力会议，第160-165页，2007。
F. Blaabjerg, R. Teodorescu, M. Liserre，和A. V. Timbus，“分布式发电系统的控制和电网同步概述”，IEEE工业电子学报，第53卷，第1398 - 1409页，2006。
A. Carlsson，“背对背转换器”，1998年5月。
E. Ceanga, C. Nichita, L. Protin，和N. A. Cutululis, Théorie De La command Des Systems。Editura technica, 1997, no。ISBN: 973-31-2103-7。
M. Chinchilla, S. Arnaltes，和J. Burgos，“用于连接到电网的变速风能系统的永磁发电机控制”，IEEE能源转换汇刊，第21卷，第6页，2006。
Gosbell, S. Perera和V. Smith，电压不平衡，2002年10月。
F. Iov，“风力发电系统技术”，在AAU演讲，2008。
F. Iov和F. Blaabjerg，“未来电力网络中通用和灵活电源管理的先进电源转换器”，技术代表，2007。
F. Iov, A. D. Hansen, P. Sørensen和F. Blaabjerg, Matlab/Simulink风力发电机组:模型概述和描述。奥尔堡大学，2004年，不是。ISBN 87-89179-46-3。
V. Kaura和V. Blasko，“在公用事业条件下的锁相环系统的运行”，IEEE工业应用学报，第33卷，1997。