变速恒频双馈风力发电系统****风能捕获控制
张志，王清灵， 朱一凡
（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001）
摘要：为实现双馈风力发电系统的变速恒频运行和****风能捕获，探讨了****风能捕获的方法，通过对双馈发电机动态数学模型的研究，提出了基于定子磁场定向的有功、无功功率解耦控制策略。通过风速变化下的系统仿真验证了理论的正确性和可行性。
关键词：双馈发电机；****风能捕获；定子磁场定向
中图分类号：tm315文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)03-0018_04
0 引 言
风能是一种洁净的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、****开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。在风力发电技术中，双馈型变速恒频风力发电技术是当前国内、外研究的热点，该技术控制灵活，运行效率高，能在较宽的风速范围内实现****风能捕获，大大提高了风能的利用率。
本文提出一种既不依赖于风速测量，又具有较高控制精度的****风能捕获策略，该策略利用风力机特性和双馈电机功率特性实现定子有功功率的控制，实现发电机转速的调节，最终实现风能****程度地利用。
1 风力机****风能捕获控制机理
根据贝兹理论，风力机捕获的机械功率为
式中：ρ——空气密度；
v——风速；
sw——风力机掠过的面积；
cp——风力机的功率利用系数，它是叶尖速比λ和浆叶节距角β的函数，λ=ωmr/v；
ωm——风力机机械角速度；
r——风轮半径。
对于同一台风力机，在不同启时总有～个****叶尖速比λopc对应****功率系数cpmax，此时风力机的捕捉效率****。概言之，对于一个特定的风速，风力机只有运行在一个特定的转速ωw下才能****限度地捕获风能。图1是一组在不同风速下定浆距风力机的功率一转速曲线，popt曲线是各风速下****输出功率点的连接线，称为****功率曲线，风力机运行在popt曲线上将输出****功率pmax，其值为
ωg——发电机机械角速度；
n——齿轮箱增速比。
****风能捕获过程可由图1说明：当风速为v1时，风力机稳定运行于popt曲线a点，此时风力机输出功率与发电机输入功率平衡，均为pa，风力机稳定运行在转速w1上。某时刻风速升高至v2，风力机运行点就会由a点跳至b点，其输出功率由pa突变至pb。由于惯性作用和调节过程的滞后，发电机仍暂时运行在a点，其输入功率大于输出功率，功率的失衡导致转速上升。在转速增加的过程中，风力机和发电机分别沿着bc和ac段上升，在c点功率重新达到平衡，风力机再次稳定运行于popt曲线c点，转速稳定在w2：w2为在v2风速下的****转速。
由图1知，欲使风力机输出****功率，必须在风速变化时实时调整电机转速，保持****叶尖速比λopt，进而追踪popt曲线。在忽略定子铁耗、机械损耗和转子变频器损耗的前提下，双馈发电机( dfig)的功率关系可表示为：
式中：ps，pe——分别为定子输出有功功率和电磁功率；
pcus——定子铜耗；
pm——发电机从风力机端吸收的净功率。
为实现****风能追踪控制，使风力机运行在****功率曲线popt上，令式(3)中的pm等于风力机输出的****机械功率pm |
