基于阻抗分析的無刷雙饋獨立發電系統控制參數設計方法

蘇婧媛, 杜程茂

(重慶大學電氣工程學院, 重慶 400044)

1 引言

無刷雙饋電機(Brushless Doubly-Fed Induction Generator,BDFIG)通過增添一套定子繞組等特殊結構設計,具有易變速恒頻運行、僅需部分容量變換器等優點,并取消了電刷滑環等易損壞的電機結構,系統可靠性明顯提升,在遠航船舶、偏遠山區等條件惡劣的獨立發電應用中具有突出優勢[1]。無刷雙饋電機及其獨立發電系統如圖1所示。電機含有兩套定子繞組,分別稱為功率繞組(Power Winding, PW)和控制繞組(Control Winding, CW),具有不同極對數pp、pc以避免直接耦合,通過轉子間接產生耦合影響。

PW電頻率ωp、CW電頻率ωc、轉子機械角速度Ωm間存在式(1)所示的固有關系,根據Ωm調節ωc即可維持ωp恒定,實現變速恒頻運行[2]。

ωp=(pp+pc)Ωm-ωc

(1)

目前,無刷雙饋獨立發電控制已有大量研究,其中基于CW電流定向的雙環矢量控制策略具有動態性能好、便于限流保護等優點,是最主流的獨立發電控制策略[3-5]。在此基礎上針對不平衡負載[6,7]、雙模式發電[8,9]等工況也已提出了拓展控制方法。以上控制策略多基于系統閉環傳遞函數伯德圖和零極點分布情況進行控制器性能和穩定性分析,其中以電流環最為關鍵[2]。實際運行中,無刷雙饋電機的電流環特性受電機參數、控制參數、解耦程度、轉速負載等多因素影響。全面考慮以上因素會使函數階數和復雜程度明顯上升[2,4]。因此,現有研究多借助Matlab等強大的計算機工具推導電流環傳遞函數,直接基于復雜的推導結果利用計算機軟件畫出伯德圖和零極點分布圖,根據幅相特性和零極點分布規律指導電流環設計[4,5,9]。……