基于前馈控制的双馈感应电机矢量控制

1 引言
在风力发电系统中，基于DFIG的变速恒频发电系统占据很大的比例，因此深入分析和研究双馈式风力发电系统并网控制问题对提高风力发电系统的性能及效率有重要的意义。
近年来，各国学者对双馈风力发电系统正常工况下的运行机理及控制方法进行了较完善的研究。文献提出基于电网电压定向的矢量控制
策略，实现了转子电流有功分量和无功分量的解耦控制；文献基于DFIG电网电压定向控制，选取定子侧输出有功和无功功率为直接控制目标。
传统DFIG矢量控制是基于DFIG五阶数学模型设计的，通常利用转子电流闭环构成，且将定子侧电压视为常量。在此基于一种简化的DFIG
模型，考虑转子电流和定子电压两个变量，分别构成含反馈控制和前馈控制的矢量控制系统，提高了并网运行效果，且增强了抑制电网波动的能力。

2 双馈感应电机数学模型
利用交直交变频器励磁的DFIG风力发电系统如图1所示。DFIG转子侧通过交直交变频器进行励磁控制，定子侧通过并网变压器接入电网。通过对DFIG转子电流进行适当的励磁控制，可以实现DFIG的变速恒频发电。后面讨论的DFIG稳态运行状态均采用该方法。

在同步旋转d，q坐标系下，DFIG的数学模型可表示为如下微分方程组：

式中：us，ur和is，ir分别为定、转子电压、电流矢量；ψs，ψr分别为定、转子磁链矢量；ωr为转子角速度；ωe为电机同步转速；Ls，Lr分别为定、转子电感；Lm为互感。
由DFIG的数学模型可见，定转子各电磁物理量之间互相耦合影响。定子电流同时受转子电压和定子电压的影响。

3 基于前馈控制的转子励磁控制
分析DFIG数学模型，将定子磁链方程代入电压方程，可得：

由于定子侧电阻相比定子阻抗很小，故可略去以及RsωeLm。同时在采用电网电压矢量定向控制中，d，q坐标系中的d轴与定子电压矢量方向保持一致，定子电压q轴分量可认为是零。基于以上简化原则，可将式(3)化简为：

从以上分析可知，由转子电流和定子电压至定子电流的传递函数共有3个，分别为定子电压至转子电流传递函数Gidud(s)和Giqud(s)、转子电流对定子电流的传递函数Gisir(s)，其中Gisir(s)为常数，Gisir(s)=Lm／Ls。图2示出开环频谱。