基于前饋控制的雙饋感應電機矢量控制

1 引言
在風(fēng)力發(fā)電系統中，基于DFIG的變速恒頻發(fā)電系統占據很大的比例，因此深入分析和研究雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統并網(wǎng)控制問(wèn)題對提高風(fēng)力發(fā)電系統的性能及效率有重要的意義。
近年來(lái)，各國學(xué)者對雙饋風(fēng)力發(fā)電系統正常工況下的運行機理及控制方法進(jìn)行了較完善的研究。文獻提出基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制
策略，實(shí)現了轉子電流有功分量和無(wú)功分量的解耦控制；文獻基于DFIG電網(wǎng)電壓定向控制，選取定子側輸出有功和無(wú)功功率為直接控制目標。
傳統DFIG矢量控制是基于DFIG五階數學(xué)模型設計的，通常利用轉子電流閉環(huán)構成，且將定子側電壓視為常量。在此基于一種簡(jiǎn)化的DFIG
模型，考慮轉子電流和定子電壓兩個(gè)變量，分別構成含反饋控制和前饋控制的矢量控制系統，提高了并網(wǎng)運行效果，且增強了抑制電網(wǎng)波動(dòng)的能力。

2 雙饋感應電機數學(xué)模型
利用交直交變頻器勵磁的DFIG風(fēng)力發(fā)電系統如圖1所示。DFIG轉子側通過(guò)交直交變頻器進(jìn)行勵磁控制，定子側通過(guò)并網(wǎng)變壓器接入電網(wǎng)。通過(guò)對DFIG轉子電流進(jìn)行適當的勵磁控制，可以實(shí)現DFIG的變速恒頻發(fā)電。后面討論的DFIG穩態(tài)運行狀態(tài)均采用該方法。

在同步旋轉d，q坐標系下，DFIG的數學(xué)模型可表示為如下微分方程組：

式中：us，ur和is，ir分別為定、轉子電壓、電流矢量；ψs，ψr分別為定、轉子磁鏈矢量；ωr為轉子角速度；ωe為電機同步轉速；Ls，Lr分別為定、轉子電感；Lm為互感。
由DFIG的數學(xué)模型可見(jiàn)，定轉子各電磁物理量之間互相耦合影響。定子電流同時(shí)受轉子電壓和定子電壓的影響。

3 基于前饋控制的轉子勵磁控制
分析DFIG數學(xué)模型，將定子磁鏈方程代入電壓方程，可得：

由于定子側電阻相比定子阻抗很小，故可略去以及RsωeLm。同時(shí)在采用電網(wǎng)電壓矢量定向控制中，d，q坐標系中的d軸與定子電壓矢量方向保持一致，定子電壓q軸分量可認為是零?；谝陨虾?jiǎn)化原則，可將式(3)化簡(jiǎn)為：

從以上分析可知，由轉子電流和定子電壓至定子電流的傳遞函數共有3個(gè)，分別為定子電壓至轉子電流傳遞函數Gidud(s)和Giqud(s)、轉子電流對定子電流的傳遞函數Gisir(s)，其中Gisir(s)為常數，Gisir(s)=Lm／Ls。圖2示出開(kāi)環(huán)頻譜。