用于小型风力发电的SRG建模与控制

Dr驱动控vieandcon彭寒梅,易灵芝,邓文浪

(湘潭大学,湖南湘潭411105)

用于小型风力发电的SRG建模与控制

2010年第5期　　

摘　要:介绍开关磁阻风力发电系统组成;分析SRG的发电原理和非线性模型;针对小型风力发电系统运行速度低的特点,SRG采用电流斩波控制模式,电压反馈控制抑制输出电压波动;在Matlab中建立SRG电压反馈控制仿真系统,仿真结果验证了SRG建模的正确性,验证了SRG用于小型变速恒频风力发电系统的有效性。

关键词:SRG;变速恒频;电流斩波;电压反馈控制

中图分类号:TM315　　文献标识码:A　　文章编号:1004-7018(2010)05-0070-04

ModelingandControlofSRGforSmallSizeWindPowerGenerating

PENGHan-mei,YILing-zhi,DENGWen-lang

(XiangtanUniversity,Xiangtan411105,China)

Abstract:ThesimplecompositionofSRGwindpowergeneratingsystemwaspresented.ThegenerationprincipleandthenonlinearmodelofSRGwerestudied.Asthesmallwindenergyapplicationswerecharacterizedbylow-speedopera2tion,SRGwascontrolledbycurrentchopper,whichusedvoltagefeedbackcontrollertominimizevoltageri.InMatlab,thesimulationmodelofSRGvoltagefeedbackcontrolsystemwasestablished.validityofSRGforwindpowergeneratingsystemaretestifiedbysimulationKeywords:switchedreluctancegenerator;variablesvoltagefeedbackcontrol

0引　言

,空气污染和全球变暖问题变得日益严重。因此,有许多的研究涉及利用自然能源发电,以有效应付这些问题。小型风力

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发电系统是其中一个最有用的发电系统。

变速恒频发电是20世纪末发展起来的一种新型发电方式,发电效率高,是风力发电技术发展的必然趋势。目前,用于风力发电系统有永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机发电效率高,但是它的材料成本高;异步发电机维护要求低,但是发

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电效率低。开关磁阻发电机具有结构简单,可控参数多、容错能力强等特点,能够满足变速恒频发

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电的要求。特别是SRG低速性能好,非常适合于直接驱动、变速运行的风力发电系统,一般用于低

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速的小型风力发电系统中,在风力发电领域有较大的发展潜力和研究价值。目前,国内在这方面的研究处在起步阶段。本文针对小型风力发电系统运

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行速度低的特点,对SRG采用电流斩波控制,用PI调节器调节SRG的输出电压,从而达到变速恒频发电;给出了详细的建模和仿真结果分析。

1开关磁阻风力发电系统

1.1开关磁阻风力发电系统组成简介

开关磁阻风力发电系统如图1所示,是以SRG为机电能量转换核心的发电系统,主要包括风力机、SRG及其

开关磁阻风力发电系统构成功率变换器、控制图1　

器、负载和辅助电源等部分,如需并网则要加逆变

器。风力机转速随风速变化,致使SRG转速变化,通过对SRG的参数控制,能实现输出电压恒定,满足变速恒频发电。与其它变速恒频发电系统相比,开关磁阻风力发电系统具有结构简单、电流检测环节少、主功率器件少、成本低等优点。1.2SRG发电原理及控制

SRG把机械能转换成电能,是利用使相电流与

用于小型风力发电的建模与控制

转子位置合适地进行同步来实现的。给定子某相绕组在该相凸极中心与转子凸极中心重合附近加励磁(如图2中的θon位置),则转子上的力矩与转子旋转的方向相反,这就是SRG发电运行状态,分为励磁和发电续流两个阶段(如图2中的区域Ⅰ和区域Ⅱ)。图2为SRG发电运行时,定子线性相电感、相

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收稿日期:2009-03-27

基金项目:湖南省自然科学基金项目(08JJ6029)

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电流随转子位置角θ变化的曲线。图中,坐标原点(θ=0)对应定子凸极中心与转子凹槽中心重合的

θ位置,此时相电感最小。0～3为一个电感变化周期。

2SRG电压反馈控制系统建模

2.1SRG总体控制方案

Dr驱动控vieandconSRG总体控制原理框图如图4所示。固定开通

角θ给定电压Ugive与反馈电压uc的on和关断角θoff。

偏差经PI调节器输出参考电流Iref,Iref与SRG的相电流比较,差值通过电流斩波控制,结合位置信号和输出电压uc,实现SRG电压反馈控制系统。电流斩波控制具有简单直接、可控性好的特点,是常用的控制方式

。

图2　线性电感变化和发电状态下的相电流

SRG可以采用自励和他励两种发电模式,SRG

自励发电模式主电路如图3所示。自励模式是在电压建立的初始瞬间,由外电源US提供初始励磁,当电压达到控制所需的稳定值后,切断外电源,此后由SRG本身发出的电压uc提供励磁。在自励模式中,

图4　SRG总体控制框图

由于建压后不再需要外电源,系统体积较小,效率高。他励模式下,励磁回路与发电回路彼此独立,线路比较复杂,但由于在SRG发电运行过程中始终由外部电源提供励磁,此时励磁电压与输出电压无关,两者可以独立调节,因此控制比较方便用中,需考虑SRG,模式。本文采用SRG,当可控开关(,在SRG相绕组中建立励磁电流。当可控开关关断后,相绕组能量通过续流二极管(VD1-VD8)返回,返回能量比励磁期间相绕组吸收的能量要大

。

2.2SRG非线性模型

SRG由于其双凸极结构、性、,。精确)SRG相电感由傅里叶,即:

(1)L(θ,i)=L0(i)+L1(i)cos(Nrθ+π)式中:Nr为转子极数。L0(i)和L1(i)可由下式确定:

L0(i)=L1(i)=

Lmax(i)+Lmi …… 此处隐藏：4192字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……