基于DFIG的转子侧变流器控制技术研究
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摘 要 当今全球能源战略，是从干净友好的资源环境下开发智能电网和生产电力。风电正成为绿色能源中最受欢迎的发电种类，双馈风机以其稳定性能、成本低廉等优势成为主流机型。本文根据双馈风机结构，对转子侧变流器的特点与功能进行分析，并对双馈风机RSC控制策略进行研究。
关键词 绿色能源;双馈风机;转子侧变流器RSC
前言
在国际能源紧张、高新技术的迅猛发展的环境下，绿色能源的使用与开发显得尤为重要。本文从风能入手，研究风电主力机型DFIG的RSC矢量控制技术，为绿色能源的消纳控制提供理论依据。目前使用的双馈风电系统构造。该系统由风力机、齿轮箱、机侧变流器、网侧变流器、变压器及电网组成。双馈风力机经过背靠背双PWM变流器跟电网连接，当电网不正常运行时，双馈风力机组易受到外部的影响，继续平稳运行的能力有限。严重时导致脱网事件频发[1]，说明风电系统的稳定控制对电网的安全运行至关重要。
1 双馈风机系统
双馈风机系统由风力机、齿轮箱、机侧变流器、网侧变流器、变压器及电网组成。双馈风机是借鉴同步发电机及异步发电机的优缺点，形成的一种发电机，构造与绕线式异步电机类似，通过使用双PWM变流器结构，调节励磁电流完功率成有功及无功双向流动。本文采用的双馈风力机的模型由组合风风速模型、风力机空气动力学模型、发电机模型及变流器矢量控制模型等部分构成。
双馈风电系统通常采用三相雙电平PWM变流器，包含以实现网侧稳定单位功率因素运行（调节变流器输出的无功）、能量双向流动以及保持恒定直流母线电压（通过保持变流器交流侧和直流侧间的有功平衡即可实现）为主要功能的网侧变流器（GSC）。以实现DFIG矢量解耦方法和调节定子输出无功功率与有功功率（调节转子电流）为主要功能的转子侧变流器（RSC）。
2 双馈风机的RSC矢量控制技术
DFIG作为RSC的调节目标，其主要表现在：为保持稳定的工作于单位功率因数，需要实时调整定子侧输出的无功功率。为正常运行给予励磁分量电流支撑。为能够实现变速恒频工作，可以实时对转子电流进行调节。
与GSC矢量控制相类似，在诸多RSC的控制方法中，基于坐标变换理论的控制方法被采用最为普遍，一般可以分成以下几种：直接功率控制（SDPC）、基于定子磁链定向的矢量控制（SFOC）和基于定子电压定向的矢量控制（SOC）。当电网工作于非故障状态时，基于定子磁链定向的RSC矢量控制策略被普遍接纳，是一种电流内环与功率外环的双闭环控制策略。定子侧输出的有功与无功功率：
（2-1）
基于定子磁链定向的RSC矢量控制策略即定子磁链定在d轴，则：
（2-2）
式中：是定子磁链幅值。
因为定子磁链感应形成的定子电动势超前磁链90°，则：
（2-3）
式中：为定子电压矢量幅值。
（2-4）
根据上式可知，没有耦合关联的定子d、q轴电流分量
、
能够各自相应地调整定子侧输出的有功、无功功率，即完成了解耦调节。然而要控制、必须求得转子电流与
、
的关系。
（2-5）
从式（2-5）可知，没有耦合关系的转子电流有功分量
与无功分量
各自相应地调节定子输出的有功、无功功率，完成了解耦调节。
（2-6）
式中：，。
从式（2-6）可知，转子电流已经实现了解耦，但为了消除转子电流与电压间的交叉耦合关系，必须引入前馈电压补偿项，即
（2-7）
又令
（2-8）
式中：
、
分别是与
、
成一阶微分关系的实现转子电流解耦控制的解耦项。
由叠加定理可得
（2-9）
因此基于定子磁链定向的RSC矢量控制策略，是一个功率外环与电流内环构成的双闭环结构。首先研究外环功率环，来自于参考有功率计算模型与参考无功功率模型的和分别与来自于PQ计算模块的功率反馈值、作比较得到功率偏差，功率偏差经PI调节器便得与，即定子电流d、q轴分量参考指令。和经过相应的调整便可得与，即转子电流的无功、有功分量参考指令，与以及来自于2s/2r坐标变换的转子电流反馈量与作比较得到转子电流偏差，转子电流偏差送入PI调节器后便可得实现转子电流解耦的输出电压分量和。和与来自于电压补偿计算模块中因消除转子电流电压间交叉耦合而引入的电压补偿分量和就便可得转子电压指令和。和经2r/2s变换后便得DFIG在αβ坐标系下的控制指令和。和经SVPWM调制便可产生转子磁链电流与电压，对DFIG的运行进行控制。
3 结束语
双馈风机的转子侧双闭环控制策略，可有效控制风机单位功率因数运行，实时对转子电流进行调节，保证双馈风机平稳运行。为风能的消纳提供了技术保障！
参考文献
[1] 孙华东，孙振宇，林伟芳，等.2011年西北电网风机脱网事故分析及启示[J].电网技术，2012，36（10）：76-80.
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