團隊介紹

JEMPEL是由IEEE Fellow、東南大學首席教授程明領銜，東南大學電氣工程學院12名專任教師為核心，多名長江學者等專家為支撐，100余名博士后和博士、碩士研究生為骨干的科研團隊，研究領域涵蓋電機與電力電子及其在新能源發(fā)電、電動汽車、軌道交通、伺服系統(tǒng)等領域的應用。

許利通，碩士研究生，研究方向為無刷雙饋電機驅(qū)動與控制，正在參與國家自然科學基金項目1項，發(fā)表EI論文3篇，申請國家發(fā)明專利2項，獲2018年度江蘇省普通高等學校本專科優(yōu)秀畢業(yè)設計二等獎，2019年IEEE IAS Myron Zucker Undergraduate Student Design Contest一等獎。

程明，博士，東南大學首席教授、博士生導師，IEEE Fellow, IET Fellow。現(xiàn)任東南大學風力發(fā)電研究中心主任、東南大學先進電機與電力電子集成系統(tǒng)研究所所長、東南大學學術委員會委員、江蘇省新能源汽車電機及驅(qū)動系統(tǒng)工程實驗室主任。兼任國家自然科學基金委員會第12、13屆專家評審組成員、中國機械工業(yè)教育協(xié)會常務理事、IEEE工業(yè)應用學會（IAS）和磁學會（Magnetics）執(zhí)委、IEEE IAS-PES南京聯(lián)合分會創(chuàng)始主席、江蘇省汽車工程學會新能源汽車專業(yè)委員會主任等學術職務，是《Energy Conversion and Management》（SCI一區(qū)期刊）、《IEEJ Journal of Industry Applications》、《中國電機工程學報》、《電工技術學報》等期刊編委。曾擔任第八屆電機與系統(tǒng)國際會議（ICEMS2005）程序委員會主席、ICEMS2008程序委員會副主席、LIDA2013編輯出版委員會主席等。

30多年來，主持承擔國家自然科學基金重大項目、國家973計劃課題、國家863計劃項目等課題60余項，發(fā)表論文400余篇（SCI收錄220余篇）；主編《微特電機及系統(tǒng)》、《可再生能源發(fā)電技術》教材，出版《定子永磁無刷電機◆理論、設計與控制》、《電動汽車的新型驅(qū)動技術》等著作；獲授權中國發(fā)明專利130余件、PCT專利３件、歐洲專利1件。

獲國家技術發(fā)明二等獎、教育部自然科學一等獎、江蘇省科學技術一等獎、中國機械工業(yè)科學技術一等獎等學術獎勵，和江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”中青年科技領軍人才、優(yōu)秀科技工作者、“六大人才高峰”學術帶頭人、江蘇省十大優(yōu)秀專利發(fā)明人、中達學者以及江蘇省專利發(fā)明人獎等榮譽稱號。被聘為IEEE IAS Distinguished Lecturer in 2015/2016；享受國務院政府特殊工獻津貼。

導語

本文基于傳統(tǒng)的功率反饋法控制策略，充分考慮定轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗等功率損耗，提出考慮損耗的無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率反饋法最大風能跟蹤控制策略。此方法通過修正的Steinmetz方程獲得準確的鐵耗，通過分析發(fā)電機的功率流動確定了精確的參考功率，實現(xiàn)了最大風能跟蹤。

研究背景

無刷雙饋感應發(fā)電機使用的功率變換器容量小，沒有電刷和集電環(huán)，系統(tǒng)的可靠性高、維護費用少，可實現(xiàn)有功和無功功率的解耦控制，已經(jīng)成為當前的研究熱點。

由于無刷雙饋電機電磁關系的復雜性和特殊性，現(xiàn)有的無刷雙饋電機功率反饋法均未考慮功率損耗，導致給定的參考功率不準確，無法真正實現(xiàn)最大風能跟蹤。因此，有必要研究考慮損耗的無刷雙饋電機最大風能跟蹤方法。

論文方法及創(chuàng)新點

為了實現(xiàn)最大風能跟蹤，首先獲取無刷雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)速ωm，將其除以齒輪箱變比N得到風力機轉(zhuǎn)速ωw，然后計算出風力機輸出最大機械功率，根據(jù)圖1無刷雙饋電機的動態(tài)模型可推出無刷雙饋發(fā)電機的銅耗、鐵耗以及機械損耗的計算公式如下：

圖1

再由發(fā)電機輸出功率和風力機輸出機械功率、發(fā)電機損耗功率之間的關系式獲得參考功率如下：

最后將參考功率輸入到控制系統(tǒng)。將參考功率與發(fā)電機實際功率進行比較，進而產(chǎn)生用于功率變換器的控制信號。通過功率變換器的控制，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后，發(fā)電機實際功率和參考值相等，便可實現(xiàn)最大風能跟蹤控制。

控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)為功率環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。將功率參考值Pp*、Qp*與功率反饋值Pp、Qp送入比較單元，比較單元得到的差值送入PI調(diào)節(jié)器，得到控制繞組d、q軸電流參考值icds*、icqs*；再把icds*、icqs*與電流反饋值icds、icqs送入前饋電流控制器，得到控制繞組d、q軸參考電壓值ucds*和ucqs*，然后經(jīng)過2r/2s變換得到功率變換器的控制信號ucαs*和ucβs*，進而產(chǎn)生SVPWM脈沖，實現(xiàn)對BDFIG轉(zhuǎn)速的控制，控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

控制系統(tǒng)中的前饋電流控制器控制結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，控制精度高，通過加入前饋補償，有效提高了控制繞組定子電流的控制效果。

圖2

結(jié)論

本文基于無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)，充分考慮了定轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及機械損耗，詳細分析了鐵耗并給出了鐵耗的計算方法，提出了考慮損耗的功率反饋法最大風能跟蹤控制策略。為驗證該方法有效性，搭建了無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型和實驗平臺。

仿真和實驗結(jié)果表明，考慮損耗的功率反饋法最大風能跟蹤控制策略通過確定精確的參考功率，可使發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速跟隨上參考轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)最大風能跟蹤控制，且發(fā)電系統(tǒng)輸出功率脈動小，穩(wěn)定性高。

引用本文

許利通, 程明, 魏新遲, 寧新福. 考慮損耗的無刷雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率反饋法最大功率點跟蹤控制[J]. 電工技術學報, 2020, 35(3): 472-480.Xu Litong, Cheng Ming, Wei Xinchi, Ning Xinfu. Power Signal Feedback Control of Maximum Power Point Tracking Control for Brushless Doubly-Fed Wind Power Generation System Considering Loss. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(3): 472-480.