變速恒頻雙饋風力發電系統****風能捕獲控制
張志，王清靈， 朱一凡
（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽淮南232001）
摘要：為實現雙饋風力發電系統的變速恒頻運行和****風能捕獲，探討了****風能捕獲的方法，通過對雙饋發電機動態數學模型的研究，提出了基于定子磁場定向的有功、無功功率解耦控制策略。通過風速變化下的系統仿真驗證了理論的正確性和可行性。
關鍵詞：雙饋發電機；****風能捕獲；定子磁場定向
中圖分類號：tm315文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)03-0018_04
0 引 言
風能是一種潔凈的可再生能源，風力發電是新能源中技術最成熟、****開發條件和商業化發展前景的發電方式之一。在風力發電技術中，雙饋型變速恒頻風力發電技術是當前國內、外研究的熱點，該技術控制靈活，運行效率高，能在較寬的風速范圍內實現****風能捕獲，大大提高了風能的利用率。
本文提出一種既不依賴于風速測量，又具有較高控制精度的****風能捕獲策略，該策略利用風力機特性和雙饋電機功率特性實現定子有功功率的控制，實現發電機轉速的調節，最終實現風能****程度地利用。
1 風力機****風能捕獲控制機理
根據貝茲理論，風力機捕獲的機械功率為
式中：ρ——空氣密度；
v——風速；
sw——風力機掠過的面積；
cp——風力機的功率利用系數，它是葉尖速比λ和漿葉節距角β的函數，λ=ωmr/v；
ωm——風力機機械角速度；
r——風輪半徑。
對于同一臺風力機，在不同啟時總有～個****葉尖速比λopc對應****功率系數cpmax，此時風力機的捕捉效率****。概言之，對于一個特定的風速，風力機只有運行在一個特定的轉速ωw下才能****限度地捕獲風能。圖1是一組在不同風速下定漿距風力機的功率一轉速曲線，popt曲線是各風速下****輸出功率點的連接線，稱為****功率曲線，風力機運行在popt曲線上將輸出****功率pmax，其值為
ωg——發電機機械角速度；
n——齒輪箱增速比。
****風能捕獲過程可由圖1說明：當風速為v1時，風力機穩定運行于popt曲線a點，此時風力機輸出功率與發電機輸入功率平衡，均為pa，風力機穩定運行在轉速w1上。某時刻風速升高至v2，風力機運行點就會由a點跳至b點，其輸出功率由pa突變至pb。由于慣性作用和調節過程的滯后，發電機仍暫時運行在a點，其輸入功率大于輸出功率，功率的失衡導致轉速上升。在轉速增加的過程中，風力機和發電機分別沿著bc和ac段上升，在c點功率重新達到平衡，風力機再次穩定運行于popt曲線c點，轉速穩定在w2：w2為在v2風速下的****轉速。
由圖1知，欲使風力機輸出****功率，必須在風速變化時實時調整電機轉速，保持****葉尖速比λopt，進而追蹤popt曲線。在忽略定子鐵耗、機械損耗和轉子變頻器損耗的前提下，雙饋發電機( dfig)的功率關系可表示為：
式中：ps，pe——分別為定子輸出有功功率和電磁功率；
pcus——定子銅耗；
pm——發電機從風力機端吸收的凈功率。
為實現****風能追蹤控制，使風力機運行在****功率曲線popt上，令式(3)中的pm等于風力機輸出的****機械功率pm |
