双馈风力发电机有功功率和无功功率的滑模解耦控制
刘远涛1，杨俊华1，谢景凤1， 刘慧媛1， 吴捷2
（1广东工业大学自动化学院广东广州510006；2华南理工大学电力学院，广东广州51 0641）
摘要：发电机有功功率、无功功率的解耦控制是变速恒频双馈风力发电系统的关键技术。分析了反馈异步发电机的动态数学模型，基于定子磁场定i句的矢量控制方案，结合滑模控制与比例积分控制，得到一种有效的双馈风力发电机功率解耦控制策略。应用李雅普诺夫稳定性理论研究系统稳定性，建立了matlab／simulink环境_f系统的仿真模型。仿真结果表明，该控制方法能够很好地实现双馈发电机有功功率、无功功率的解耦控制，验证r该控制策略及变速恒频双馈风力发电机系统建模的正确性和有效性。
关键词：双馈异步发电机；矢量控制；滑模解耦控制
中圈分类号：tm 315文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)04-0039-05
0 引 言
风能是一种随机变化的过程性能源，为提高风能的利用率，通常采用变速恒频发电方案，交流励磁变速恒频双馈电机定子绕组直接接工频电网．转子绕组通过变频器和电网相连，通过改变转子侧供电电源的频率、幅值、相位及相序，能在较宽的转速范围内实现双馈发电机的变速恒频控制、****风能捕获控制、发电机输出有功功率和无功功率的解耦控制。和转子绕组相联的功率变换器只需处理转差功率，变换器的容量可大大减小。
双馈风力发电系统中，发电机有功功率和无功功率的解耦控制是变速恒频发电技术的难点和关键。国内、外学者已经做了很多相关研究，但大多数采用传统的pi控制算法。文献[3]在双馈异步发电机( dfic)有功与无功功率的解耦控制中应用了自抗扰控制策略；文献[4-6]研究了传统的比例积分( pi)双闭环控制策略应用于dfic有功与无功功率的解耦控制，外环为功率控制环，内环为电流控制环。但建模误差及系统参数的摄动，给pi参数的整定带来困难。现代控制理论同样为控制实现提供了更多选择。滑模变结构控制本质上是一种不连续的开关控制，它要求频繁、快速地切换系统的控制状态，具有快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单、易于实现的特点，在风力发电系统巾已有成功应用。
在分析双馈异步电机的动态数学模型和基于定子磁场定向矢量控制的基础e，将滑模控制与比例积分控制相结合，给参数的整定带来了较火方便，能有效实现双馈风力发电系统有功功率和无功功率的解耦，提高了系统的动态响应和鲁棒性。采用李雅普诺夫稳定性理沦研究了系统的稳定性，建立了matlab/simulink环境下系统的仿真模型，仿真研究结果验证控制策略的正确性和有效性。
1 基于定子磁场定向的双馈发电机量控制
双馈型风力发电机原理框图如图1所示。
三相坐标系下双馈发电机的数学模型是一个时变、非线性、强耦合系统，为实现发电机的有功功率、无功功率解耦控制．建立同步旋转坐标系下的双馈电机数学模型，采用了基于定子磁场定向的矢量控制技术。
1.1双馈发电机的数学模型
根据交流电机的动态分析理论，当定子侧取发电机惯例时，转子侧取电动机惯例，双馈发电机的数学模型表示如下。
定子电压方程为：
转子电压方程为：
定子磁链方程为：
转子磁链方程为：
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