发电机运行控制策略

BDFM作为发电机运行其控制策略与电动机运行有一定差别，由于无刷双馈电机应用于风力、小水力变速恒频发电的优越性能，使得BDFM发电运行控制策略也是目前的研究热点。

关于无刷双馈风力发电机的控制技术，国内外学者所研究的热点问题之一是如何实现最大功率跟踪，以实现最大风能捕获、提高发电效率。为达到这一目标，目前主要采用磁场定向的矢量变换控制技术对无刷双馈发电机的有功功率和无功功率进行解耦，通过独立控制有功功率和无功功率来实现最大功率跟踪。文献［51］基于无刷双馈发电机的转子速模型，采用矢量变换控制技术设计了一套新型功率控制方案，将功率绕组的有功功率P和无功功率Q作为控制目标，通过解耦可实现对有功功率和无功功率的独立控制。文献［52］则基于无刷双馈发电机的双同步坐标模型对这种功率控制方法进行了研究。但这种基于矢量控制的方法需要进行坐标变换，计算量大，且易受发电机参数变化的影响，大大降低了系统的鲁棒性。

在风力发电领域中，直接转矩控制技术及其变频器产品主要应用于永磁同步发电机系统和有刷双馈发电机系统。文献［53］采用直接转矩控制方法对有刷双馈风力感应发电机的转矩和无功功率进行独立控制，并利用参考值和反馈量的差值直接计算出作用于转子绕组上的电压。文献［54］则针对风力发电系统有刷双馈感应发电机，采用直接转矩控制方法控制发电机的有功功率和无功功率，从而实现最大功率跟踪。文献［55］将改进后的直接转矩控制应用于1.7MW有刷双馈风力感应发电机转子侧变频器的控制中。ABB公司已针对有刷双馈风力发电机推出了基于直接转矩控制的变频器产品。在此基础上，近年来一些学者正尝试将直接转矩控制技术运用于变速恒频无刷双馈风力发电机的控制中，文献［56］等即采用直接转矩控制方法来实现无刷双馈风力发电机的最大功率跟踪控制。这些文献的控制思路基本一致，下面对此作一简要介绍。

无刷双馈发电机的电磁转矩方程可表示为

式中　pp、pc——功率绕组和控制绕组的极对数；

Lp、Lc——功率绕组和控制绕组的自感；

ψp、ψc——功率绕组和控制绕组的磁链矢量；

Mpc——两套定子绕组之间的互感；

θ——磁链矢量ψp和ψc之间的夹角。

功率绕组的磁链方程为

式中　pp、pc——功率绕组和控制绕组的极对数；

Lp、Lc——功率绕组和控制绕组的自感；

ψp、ψc——功率绕组和控制绕组的磁链矢量；

Mpc——两套定子绕组之间的互感；

θ——磁链矢量ψp和ψc之间的夹角。(www.xing528.com)

功率绕组的磁链方程为

式中　up——功率绕组的电压矢量；

ip——功率绕组的电流矢量；

Rp——功率绕组的电阻。

式中　up——功率绕组的电压矢量；

ip——功率绕组的电流矢量；

Rp——功率绕组的电阻。

由于功率绕组电阻压降Rpip对功率绕组电压的影响很小，可忽略不计，而功率绕组作为电能输出端，要求其输出为恒频恒压，即电压up的幅值和频率保持不变，因此可以认为功率绕组磁链ψp的幅值和旋转速度基本恒定。由式（5-22）可知，基于直接转矩控制思想，可保持控制绕组磁链的幅值不变，通过控制施加于控制绕组的电压矢量（k为矢量个数，k=1，2，…，6）来控制ψc的旋转速度和方向，以改变两套定子绕组的磁链矢量夹角θ，从而达到控制转矩的目的。

近期，还有学者针对无刷双馈电机提出了一种类似于直接转矩控制的直接功率控制方法。该方法根据功率绕组有功功率和无功功率的误差信号以及控制绕组磁链所在扇区的信息来重新制作开关电压矢量选择表，从而达到独立控制无刷双馈电机有功功率和无功功率的目的。这也是实现无刷双馈风力发电机最大功率跟踪控制的一种方法。

本书将重点介绍无刷双馈发电机的标量控制和矢量解耦控制。

由于功率绕组电阻压降Rpip对功率绕组电压的影响很小，可忽略不计，而功率绕组作为电能输出端，要求其输出为恒频恒压，即电压up的幅值和频率保持不变，因此可以认为功率绕组磁链ψp的幅值和旋转速度基本恒定。由式（5-22）可知，基于直接转矩控制思想，可保持控制绕组磁链的幅值不变，通过控制施加于控制绕组的电压矢量（k为矢量个数，k=1，2，…，6）来控制ψc的旋转速度和方向，以改变两套定子绕组的磁链矢量夹角θ，从而达到控制转矩的目的。

近期，还有学者针对无刷双馈电机提出了一种类似于直接转矩控制的直接功率控制方法。该方法根据功率绕组有功功率和无功功率的误差信号以及控制绕组磁链所在扇区的信息来重新制作开关电压矢量选择表，从而达到独立控制无刷双馈电机有功功率和无功功率的目的。这也是实现无刷双馈风力发电机最大功率跟踪控制的一种方法。

本书将重点介绍无刷双馈发电机的标量控制和矢量解耦控制。