風能系統集總控制的仿真研究

　　1 引言
　　本文利用一種新的永磁同步電機集成控制的方法對風電機組電能輸出進行優化，并通過仿真對其結果進行探討。研究結果表明該方法不僅可以改善控制效率，而且能夠節約控制部分的硬件成本，適合應用于風況變化大的風電場區域。
　　2 空間矢量控制理論
　　仿真設計中，將風電機組的角速度傳感器和AC/DC 變換器聯接作為控制的硬件平臺。在整個仿真測試過程中，采用了直接耦合型風電機組。而仿真計算中為了簡化運算，忽略了風電機組振動產生的張力以及逆變態特性隨各種因素變化的影響。其變流器的3 相等式可簡化表示為：

等式左邊是關于電感L 上的電動勢項，ex 是x 方向的電動勢分量，Ri 是系統負載電勢差（電阻× 電流），vx 是控制模塊的負載電壓。
　　基于空間矢量控制理論，我們可以用智能功率模塊作為硬件平臺在直交坐標系上建立點對點的風電機組控制，使變流器的開關由PWM 波操控。由于穩定的3 相正弦交流電可產生恒定的圓形磁通，因此可利用變流器開關狀態產生的反饋信號去調制3 相電流的圓形磁通。換句話說，SVPWM 技術可穩定電機在轉動中產生的高磁場。由于在控制過程中各個PMSG 被集成到一個系統作控制，就可以充分地運用直流電壓并且將高次諧波減到最小。在這個模型中，3 相正弦電壓可被設定為：

　　其中uA，uB 和uC 是3 相電壓，Q 是相位（可等于0 度,120度或者240 度），ø 是所加的額外的角度（等于60/n，其中n 是連接到控制系統的發電機的總數），而Um 是峰值電壓。因此電路由三對橋式交換器構成，定子端電壓則實際上通過由PWM 信號調控的6 個功率開關T± 控制，如圖1 所示。另外，變流器的一組（上下兩個）開關實際上是互鎖配置的：當其中一個IGBT 在關閉位置時，另一個IGBT 則在打開位置。而三對開關作用T± 可由abc 表示。例如，（abc）=（000）是三個上部開關關閉狀態，（abc）=（111）是三個上部開關打開狀態。總而言之，所有的8 個不同動作可由8 個虛擬的電壓矢量所表示，并可形成一個完整的電壓矢量圖。
　　在實現控制的設計中，我們使用了雙重閉合回路，圖1 顯示是研究中的一個雙重閉合回路級聯型結構：其中一個環為電壓控制，另外一個環為電流控制。直流電壓環是控制母線電壓，但電流環則是用于電機控制。在其中，變頻器的有功功率P 和無功功率Q 在d-q 坐標可以寫成：