團(tuán)隊(duì)介紹

JEMPEL是由IEEE Fellow、東南大學(xué)首席教授程明領(lǐng)銜，東南大學(xué)電氣工程學(xué)院12名專任教師為核心，多名長(zhǎng)江學(xué)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(tuán)隊(duì)，研究領(lǐng)域涵蓋電機(jī)與電力電子及其在新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車、軌道交通、伺服系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

許利通，碩士研究生，研究方向?yàn)闊o刷雙饋電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制，正在參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表EI論文3篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，獲2018年度江蘇省普通高等學(xué)校本專科優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)，2019年IEEE IAS Myron Zucker Undergraduate Student Design Contest一等獎(jiǎng)。

程明，博士，東南大學(xué)首席教授、博士生導(dǎo)師，IEEE Fellow, IET Fellow。現(xiàn)任東南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電研究中心主任、東南大學(xué)先進(jìn)電機(jī)與電力電子集成系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)、東南大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、江蘇省新能源汽車電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工程實(shí)驗(yàn)室主任。兼任國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)第12、13屆專家評(píng)審組成員、中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)常務(wù)理事、IEEE工業(yè)應(yīng)用學(xué)會(huì)（IAS）和磁學(xué)會(huì)（Magnetics）執(zhí)委、IEEE IAS-PES南京聯(lián)合分會(huì)創(chuàng)始主席、江蘇省汽車工程學(xué)會(huì)新能源汽車專業(yè)委員會(huì)主任等學(xué)術(shù)職務(wù)，是《Energy Conversion and Management》（SCI一區(qū)期刊）、《IEEJ Journal of Industry Applications》、《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》、《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》等期刊編委。曾擔(dān)任第八屆電機(jī)與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議（ICEMS2005）程序委員會(huì)主席、ICEMS2008程序委員會(huì)副主席、LIDA2013編輯出版委員會(huì)主席等。

30多年來，主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國(guó)家973計(jì)劃課題、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目等課題60余項(xiàng)，發(fā)表論文400余篇（SCI收錄220余篇）；主編《微特電機(jī)及系統(tǒng)》、《可再生能源發(fā)電技術(shù)》教材，出版《定子永磁無刷電機(jī)◆理論、設(shè)計(jì)與控制》、《電動(dòng)汽車的新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)》等著作；獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利130余件、PCT專利３件、歐洲專利1件。

獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、江蘇省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)等學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)，和江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”中青年科技領(lǐng)軍人才、優(yōu)秀科技工作者、“六大人才高峰”學(xué)術(shù)帶頭人、江蘇省十大優(yōu)秀專利發(fā)明人、中達(dá)學(xué)者以及江蘇省專利發(fā)明人獎(jiǎng)等榮譽(yù)稱號(hào)。被聘為IEEE IAS Distinguished Lecturer in 2015/2016；享受國(guó)務(wù)院政府特殊工獻(xiàn)津貼。

導(dǎo)語(yǔ)

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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率反饋法最大風(fēng)能跟蹤控制策略。此方法通過修正的Steinmetz方程獲得準(zhǔn)確的鐵耗，通過分析發(fā)電機(jī)的功率流動(dòng)確定了精確的參考功率，實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)能跟蹤。

研究背景

無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)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(hù)費(fèi)用少，可實(shí)現(xiàn)有功和無功功率的解耦控制，已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

由于無刷雙饋電機(jī)電磁關(guān)系的復(fù)雜性和特殊性，現(xiàn)有的無刷雙饋電機(jī)功率反饋法均未考慮功率損耗，導(dǎo)致給定的參考功率不準(zhǔn)確，無法真正實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤。因此，有必要研究考慮損耗的無刷雙饋電機(jī)最大風(fēng)能跟蹤方法。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

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

圖1

再由發(fā)電機(jī)輸出功率和風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率、發(fā)電機(jī)損耗功率之間的關(guān)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(jī)實(shí)際功率進(jìn)行比較，進(jìn)而產(chǎn)生用于功率變換器的控制信號(hào)。通過功率變換器的控制，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，發(fā)電機(jī)實(shí)際功率和參考值相等，便可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)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(hào)ucαs*和ucβs*，進(jìn)而產(chǎn)生SVPWM脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)單、緊湊，控制精度高，通過加入前饋補(bǔ)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，充分考慮了定轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及機(jī)械損耗，詳細(xì)分析了鐵耗并給出了鐵耗的計(jì)算方法，提出了考慮損耗的功率反饋法最大風(fēng)能跟蹤控制策略。為驗(yàn)證該方法有效性，搭建了無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，考慮損耗的功率反饋法最大風(fēng)能跟蹤控制策略通過確定精確的參考功率，可使發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨上參考轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤控制，且發(fā)電系統(tǒng)輸出功率脈動(dòng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率反饋法最大功率點(diǎn)跟蹤控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 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.