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探索双馈风力发电系统的双PWM变换器控制

news 2026/7/4 2:44:34

双馈风力发电系统，双pwm变换器控制系统，采用直接转矩输入代替风力发电机。（1）转子侧采用基于定子磁链定向的矢量控制策略，对d轴进行定向，采用双闭环控制结构，外环为速度环，内环为电流控制环。（2）网侧采用基于dq解耦直接功率控制，使转子侧以单位功率因数消耗能量，功率因数为1。（3）右侧加了转子电流过流保护电路（crowbar），并设置了一些参数突变，以便研究了双馈风力发电机在外界干扰下各转矩、功率、电压等波形变化。 141 附带说明以及参考文献。

在风力发电领域，双馈风力发电系统凭借其显著优势，如变速恒频运行、低谐波污染等，成为了研究热点。而双PWM变换器控制系统更是其中关键的一环，今天我们来探讨采用直接转矩输入代替风力发电机的相关内容。

转子侧基于定子磁链定向的矢量控制策略

转子侧控制采用基于定子磁链定向的矢量控制，对d轴进行定向，并构建双闭环控制结构。外环为速度环，内环为电流控制环。这样设计的好处是通过速度环来调整电机转速，使其尽可能追踪最佳转速以获取最大风能，而电流环则精确控制转子电流，保证电机的稳定运行。

下面我们来看部分相关代码示例（以Python为例简单示意，实际应用可能基于不同平台和语言）：

# 速度环控制部分 class SpeedController: def __init__(self, kp, ki): self.kp = kp self.ki = ki self.integral = 0 def control(self, speed_ref, speed_actual): error = speed_ref - speed_actual self.integral += error output = self.kp * error + self.ki * self.integral return output # 电流环控制部分 class CurrentController: def __init__(self, kp, ki): self.kp = kp self.ki = ki self.integral = 0 def control(self, current_ref, current_actual): error = current_ref - current_actual self.integral += error output = self.kp * error + self.ki * self.integral return output

在这段代码中，SpeedController类实现了速度环的控制，通过比例积分（PI）控制算法来计算控制输出。CurrentController类同理实现电流环的控制。速度环根据设定转速和实际转速的误差进行调整，而电流环则依据设定电流和实际电流的误差工作。

网侧基于dq解耦直接功率控制

网侧采用基于dq解耦直接功率控制，目的是让转子侧以单位功率因数消耗能量，即功率因数为1。这种控制策略能够使系统在与电网交互时，有效减少无功功率的传输，提高电能质量。

# dq解耦功率控制部分示意 def dq_power_control(p_ref, q_ref, v_d, v_q, i_d, i_q): # 功率计算 p_actual = v_d * i_d + v_q * i_q q_actual = v_q * i_d - v_d * i_q # 误差计算 p_error = p_ref - p_actual q_error = q_ref - q_actual # 控制量计算 # 简单示意，实际更复杂 v_d_ref = v_d + kp_p * p_error + ki_p * integral_p v_q_ref = v_q + kp_q * q_error + ki_q * integral_q return v_d_ref, v_q_ref

上述代码简单示意了dq解耦直接功率控制的过程。首先计算实际功率，再与参考功率对比得到误差，进而通过PI控制算法计算出参考电压，用于控制网侧变换器。

转子电流过流保护电路（Crowbar）及参数突变研究

在系统右侧加入了转子电流过流保护电路（Crowbar）。当转子电流超过设定阈值时，Crowbar电路会迅速动作，将转子绕组短接，保护电机和变换器不受过大电流的损害。同时设置一些参数突变，有助于研究双馈风力发电机在外界干扰下各转矩、功率、电压等波形变化，以评估系统的稳定性和可靠性。

# Crowbar电路简单示意 class Crowbar: def __init__(self, current_threshold): self.current_threshold = current_threshold self.status = "off" def check_current(self, current): if current > self.current_threshold: self.status = "on" else: self.status = "off" return self.status

这段代码展示了Crowbar电路的基本逻辑，通过检测电流与设定阈值对比，决定是否启动保护。