风能系统集总控制的仿真研究

　　1 引言
　　本文利用一种新的永磁同步电机集成控制的方法对风电机组电能输出进行优化，并通过仿真对其结果进行探讨。研究结果表明该方法不仅可以改善控制效率，而且能够节约控制部分的硬件成本，适合应用于风况变化大的风电场区域。
　　2 空间矢量控制理论
　　仿真设计中，将风电机组的角速度传感器和AC/DC 变换器联接作为控制的硬件平台。在整个仿真测试过程中，采用了直接耦合型风电机组。而仿真计算中为了简化运算，忽略了风电机组振动产生的张力以及逆变态特性随各种因素变化的影响。其变流器的3 相等式可简化表示为：

等式左边是关于电感L 上的电动势项，ex 是x 方向的电动势分量，Ri 是系统负载电势差（电阻× 电流），vx 是控制模块的负载电压。
　　基于空间矢量控制理论，我们可以用智能功率模块作为硬件平台在直交坐标系上建立点对点的风电机组控制，使变流器的开关由PWM 波操控。由于稳定的3 相正弦交流电可产生恒定的圆形磁通，因此可利用变流器开关状态产生的反馈信号去调制3 相电流的圆形磁通。换句话说，SVPWM 技术可稳定电机在转动中产生的高磁场。由于在控制过程中各个PMSG 被集成到一个系统作控制，就可以充分地运用直流电压并且将高次谐波减到最小。在这个模型中，3 相正弦电压可被设定为：

　　其中uA，uB 和uC 是3 相电压，Q 是相位（可等于0 度,120度或者240 度），ø 是所加的额外的角度（等于60/n，其中n 是连接到控制系统的发电机的总数），而Um 是峰值电压。因此电路由三对桥式交换器构成，定子端电压则实际上通过由PWM 信号调控的6 个功率开关T± 控制，如图1 所示。另外，变流器的一组（上下两个）开关实际上是互锁配置的：当其中一个IGBT 在关闭位置时，另一个IGBT 则在打开位置。而三对开关作用T± 可由abc 表示。例如，（abc）=（000）是三个上部开关关闭状态，（abc）=（111）是三个上部开关打开状态。总而言之，所有的8 个不同动作可由8 个虚拟的电压矢量所表示，并可形成一个完整的电压矢量图。
　　在实现控制的设计中，我们使用了双重闭合回路，图1 显示是研究中的一个双重闭合回路级联型结构：其中一个环为电压控制，另外一个环为电流控制。直流电压环是控制母线电压，但电流环则是用于电机控制。在其中，变频器的有功功率P 和无功功率Q 在d-q 坐标可以写成：