
1 Pagkakatawan
Ang enerhiya ng hangin ay isang renewable na pinagmulan ng enerhiya na may malaking potensyal para sa pag-unlad. Sa mga nakaraang taon, ang teknolohiya ng enerhiya ng hangin ay naging sentro ng pagsisiyasat ng mga siyentipiko sa buong mundo. Bilang isang pangunahing direksyon para sa pag-unlad ng wind power, ang variable-speed constant-frequency (VSCF) technology ay gumagamit ng doubly-fed wind power system bilang isang optimisadong solusyon. Sa sistemang ito, ang stator windings ng generator ay direktang konektado sa grid, habang ang kontrol ng VSCF ay natutugunan sa pamamagitan ng pag-regulate ng frequency, amplitude, phase, at phase sequence ng rotor winding power supply. Dahil ang converter lamang ang nagpapadala ng slip power, maaari nitong mabawasan nang significante ang kapasidad nito.
Kasalukuyan, ang mga sistema ng doubly-fed wind power ay karaniwang gumagamit ng AC/AC o AC/DC/AC converters. Ang mga AC/AC converters ay halos napalitan ng voltage-source AC/DC/AC converters dahil sa mataas na output harmonics, mababang input power factor, at maraming power devices. Bagama't ang mga matrix converters ay inaral para sa mga sistema ng doubly-fed, ang kanilang komplikadong estruktura, mataas na voltage endurance requirements, at hindi decoupled na input/output control ay limita ang kanilang paggamit sa aplikasyon ng wind power.
Ang pag-aaral na ito ay nagpapaunlad ng isang voltage-source AC/DC/AC doubly-fed wind power system na naka-control sa pamamagitan ng dual DSPs. Ang grid-side converter ay gumagamit ng voltage-oriented vector control, at ang rotor-side converter ay gumagamit ng stator-flux-oriented vector control. Ang mga eksperimento ay nagpapatunay na ang sistema ay sumusuporta sa bidirectional power flow, independent input/output power factor regulation, mababang harmonic distortion, matatag na wide-range operation, at high-quality power generation mula sa unstable energy sources tulad ng hangin.
2 Konfigurasyon ng Sistema
Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ang sistema ay binubuo ng limang bahagi:
Mga Pangunahing Detalye
3 Vector Control para sa Doubly-Fed Generator
3.1 Mga Prinsipyo ng Kontrol
Sa synchronous rotating frame (d-axis aligned with stator flux), ang modelo ng doubly-fed generator ay:
usd=Rsisd+dψsddt−ωsψsq{u_{sd} = R_s i_{sd} + \frac{d\psi_{sd}}{dt} - \omega_s \psi_{sq}}usd=Rsisd+dtdψsd−ωsψsq
usq=Rsisq+dψsqdt+ωsψsd{u_{sq} = R_s i_{sq} + \frac{d\psi_{sq}}{dt} + \omega_s \psi_{sd}}usq=Rsisq+dtdψsq+ωsψsd
urd=Rrird+dψrddt−ωslipψrq{u_{rd} = R_r i_{rd} + \frac{d\psi_{rd}}{dt} - \omega_{\text{slip}} \psi_{rq}}urd=Rrird+dtdψrd−ωslipψrq
urq=Rrirq+dψrqdt+ωslipψrd{u_{rq} = R_r i_{rq} + \frac{d\psi_{rq}}{dt} + \omega_{\text{slip}} \psi_{rd}}urq=Rrirq+dtdψrq+ωslipψrd
Flux equations:
ψsd=Lmims+Lsisd=Lmims{\psi_{sd} = L_m i_{ms} + L_s i_{sd} = L_m i_{ms}}ψsd=Lmims+Lsisd=Lmims
ψsq=−Lmirq{\psi_{sq} = -L_m i_{rq}}ψsq=−Lmirq
ψrd=Lrird+Lmisd{\psi_{rd} = L_r i_{rd} + L_m i_{sd}}ψrd=Lrird+Lmisd
ψrq=Lrirq+Lmisq{\psi_{rq} = L_r i_{rq} + L_m i_{sq}}ψrq=Lrirq+Lmisq
Torque equation:
Te=−npLmimsirqLs{T_e = -\frac{n_p L_m i_{ms} i_{rq}}{L_s}}Te=−LsnpLmimsirq
Neglecting stator resistance voltage drop, stator flux satisfies:
ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0{\psi_{sd} \approx u_{sq}/\omega_s, \quad \psi_{sq} \approx 0}ψsd≈usq/ωs,ψsq≈0
Control strategy:
3.2 Grid Control
4 Grid-Side Rectifier Vector Control
In the two-phase synchronous rotating frame (d-axis aligned with phase-A voltage), the PWM rectifier model is:
ud=Ldiddt+Rid−ωsLiq+sdudc{u_d = L\frac{di_d}{dt} + R i_d - \omega_s L i_q + s_d u_{dc}}ud=Ldtdid+Rid−ωsLiq+sdudc
uq=Ldiqdt+Riq+ωsLid+squdc{u_q = L\frac{di_q}{dt} + R i_q + \omega_s L i_d + s_q u_{dc}}uq=Ldtdiq+Riq+ωsLid+squdc
Cdudcdt=32(sdid+sqiq)−iload{C\frac{du_{dc}}{dt} = \frac{3}{2}(s_d i_d + s_q i_q) - i_{\text{load}}}Cdtdudc=23(sdid+sqiq)−iload
Power equations:
P=udid,Q=udiq{P = u_d i_d, \quad Q = u_d i_q}P=udid,Q=udiq
Control logic:
5 Experimental Results
Key Verifications:
6 Conclusion
This study develops a dual-DSP-based voltage-source AC/DC/AC doubly-fed wind power system. Combined with grid-side voltage-oriented and rotor-side stator-flux-oriented vector control, experiments demonstrate: