MP-MMC驱动六相永磁风力发电机建模及控制研究

发布时间：2020-10-29 17:34:01 来源：文档文库

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周荔丹1,2，李杏1，姚钢2，梅柏杉1

【摘要】摘要:针对多相模块化多电平变流器(MP-MMC)驱动多相发电机的控制问题，基于矢量空间解耦理论，建立Y移30°六相永磁同步发电机(PMSG)在旋转坐标下的数学模型；将传统三相MMC拓扑结构推广至六相，并驱动六相永磁风力发电机。在控制上采用电流矢量解耦方法对六相永磁风力发电机的输出电流进行跟踪，同时对系统谐波成分加以抑制；对于MMC内部子模块电容电压稳定、环流抑制，采用闭环均压策略进行控制。最后通过在软件中搭建仿真模型，对发电机稳态运行以及功率突变时运行状态进行模拟，仿真结果表明：该系统具有良好的输出特性和鲁棒性能，验证了MP-MMC能够有效驱动六相永磁发电机实现平稳发电。

【期刊名称】电机与控制学报

【年(卷),期】2019(023)005

【总页数】9

【关键词】关键词:六相永磁同步发电机；模块化多电平变流器；矢量空间解耦；矢量控制；闭环均压控制

基金项目：国家自然科学基金(51377102)

0 引言

随着陆上风电场规模趋于饱和，海上风电由于其资源丰富、对环境影响小、利用率高等优点，已成为新能源发电的主要方式之一，发展远距离大规模化的风电场，实现大功率发电机组高压直流并网成为现阶段研究热点[1-3]。为了满足大规模海上风力发电的需求，风力发电机组的单机容量和整流变换器功率等级显著提升，电机由传统的三相电机逐步向多相电机方向发展，变流器由普通的两电平、三电平向更高电平方向发展[4]。大容量、高功率密度风力发电机的高效发电以及大功率变流器高效变换等关键问题的深入研究对超大规模海上风电场的发展具有重要的意义。

与三相发电机相比，多相发电机具有转动脉矩小、功率密度高、输出功率大、容错性能良好等优点[5-6]，已成为未来海上风力发电机的主要选择之一。对多相电机的研究，较为广泛的是双Y移30°六相永磁同步电机，此结构与对称六相永磁同步电机相比电流中不含5次和7次谐波。多相电机的建模主要依据两类方法：第一类是基于d-q解耦方法；第二类是基于矢量空间解耦方法[7]。文献[8-9]将六相永磁同步电机的六相绕组分别看成两套三相绕组，把六相电机分解成两个三相电机进行分别控制，建立了双d-q数学模型，但该模型忽略了两套电机之间耦合和差异，在两套绕组dq磁链间仍存在着耦合关系[10]，在此基础上，文献[11]对建立的双d-q电机模型进行了电流补偿控制，将电流控制器的输出和补偿量进行加和作为参考电压，实现了两套绕组间电流的独立控制。上述文献中采用的双d-q模型可适用于3整数倍相电机。文献[10,12]基于矢量空间解耦理论，采用推广的Clark变换和Park变换建立了Y移30°的六相永磁同步电机解耦模型，实现了电流及电压解耦，但在控制中未消除电网电压扰动和dq轴间的电流耦合。此外，文献[13]对凸极式六相双Y移30°永磁同步电机进行多维矢量建模，提出了一种谐波电流最优化的控制方法。