双馈感应发电机的GSC矢量控制技术研究

李放 战春雨 姜瀚书

摘 要 近年来，风电渗透到电力网络得到了国内外极大的关注，风能的使用正在迅速增长，随着近年来风力发电技术的成熟，风电在电网中的装机容量不断增加，双馈发电机以安装成本低廉，变流器额定功率较低，以及有功和无功功率的可控性强等优点成为风力发电机的主流机型。本文根据双馈风电系统结构，建立双馈发电机模型，对网侧变流器的特点与功能进行分析，并对双馈感应发电机GSC矢量控制策略进行研究。

关键词 风电场；双馈风机；变流器；矢量控制

前言

目前使用的双馈风电系统构。该系统由风力机、齿轮箱、机侧变流器、网侧变流器、变压器及电网组成。双馈风机是借鉴同步发电机及异步发电机的优缺点，形成的一种发电机，构造与绕线式异步电机类似，通过使用双PWM变流器结构，调节励磁电流完功率成有功及无功双向流动[1]。本文采用的双馈风力机的模型由组合风风速模型、风力机空气动力学模型、发电机模型及变流器矢量控制模型等部分构成。

1 双馈风力机的数学模型

双馈风力机的数学模型具有多变量、强耦合、高阶、非线性的特点，与鼠籠型异步电机相类似，由于不利于计算与分析，因此需要忽略某些条件如下：

如不考虑铁芯损耗；不考虑温度波动以及频率波动对绕组电阻的影响；将转子侧参数折算到定子侧，此时转子与定子绕组匝数相。不考虑磁路饱和的影响，每一个绕组的自感与互感为固定值；不考虑空间谐波的影响，定子和转子绕组在空间以互差120°电角度对称分布，其感应形成的磁动势沿气隙空间按正弦规律分布等。

在做了上述假设以后便可得到如图2-1所示的DFIG的物理模型，本文规定定子侧与转子侧均采用电动机惯例，即定子电流与转子电流流入绕组为正，由此可得DFIG在abc坐标系下的数学模型。假设定子绕组坐标、在空间是处于不动的，而转子绕组坐标、伴随着转子转动，电角速度是，定子与转子相应轴间的夹角为。

因定转子绕组间的互感都和有关，导致了相关参数均是变化，使系统为非线性，又因为是强耦合、高阶、多变量，所以用两相同步旋转dq坐标系代替abc坐标系。

因为dq坐标系中，两坐标轴相互垂直成90°角，互感只存在同轴坐标中，即绕组间不存在磁链耦合关系，电流、磁链等旋转的矢量也由交流量转变为直流量，整个数学模型由原来的非线性、时变系数的微分方程转变为现在的常系数微分方程。

2 双馈感应发电机的GSC矢量控制技术

外环的电压环核心功能是调整稳定直流母线电压，内环的电流环核心功能为调整d、q轴的电流。直流母线反馈电压和直流母线给定电压值作比较得到一个直流母线电压偏差，这个偏差经PI作用后便产生有功电流分量给定值，而则因GSC稳定工作于单位功率因数，通常令无功电流分量0，与各自对应的由坐标转换而来的网侧输入电流的反馈值、进行比较得有功、无功电流分量偏差，偏差经PI调节器计算后输出、，然后和经电压补偿计算得到的各自解耦补偿项、与电网电压扰动前馈补偿项、分别共同作运算后便可得变换器交流侧参考电压、。参考电压、经2r/2s变换后得αβ坐标系下的电压分量值、，如此便可进行SVPWM调制，产生相应的驱动信号实现对GSC的控制。

3 结束语

双馈风力发电系统双闭环控制策略，可有效控制直流母线电压的恒定，以及控制调节网侧的功率因数，满足了双馈风力发电系统对网侧变流器控制方法的要求，为双馈风力发电系统的低电压穿越技术、高电压穿越技术及矢量控制技术提供了理论依据！

参考文献

[1] 齐桓若，刘其辉.双馈风机低电压穿越的改进技术[J].电网与清洁能源，2015，（1）：18.