基于协同控制的双馈风力发电系统不平衡控制技术研究

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1、基于协同控制的双馈风力发电系统不平衡控制技术研究王胜楠,梁晖(北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心，北京市100044)摘要:本文建立了电网电压不平衡状态下双馈感应发电机机侧变流器及网侧变流器的数学模型，通过对机侧变流器数学模型的分析得出了其控制局限性的原因，而网侧变流器自身的控制自由度较高，因此可以对机侧变流器控制的不足进行弥补，从而实现二者的协同控制。基于此本文设计了一种机侧网侧协同控制策略，在机侧变流器消除输出转矩脉动的基础上协同网侧变流器共同消除了并网功率的脉动，平稳了直流母线电压。仿真研究验证了上述分析的正确性以及协同控制的可行性。关键词:双馈风力发电机;不

2、平衡电网电压;协同控制ControloftheDFIGWindPowerGeneratingSystemBasedonCoordinatedControlUnderUnbalanceGirdVoltageConditionsWANGShengnan,LIANGHui(SchoolofElectricalEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:Thispaperpresentsamathematicalmodelfortherotorsideconverterandgirdsidec

3、onverterofthedoubly-fedinductiongenerator(DFIG)underunbalancegird-voltageconditions.Thereasonwhytherotorsideconverterhasitslimitationcanbeobtainedbytheanalysisresultofthemathematicalmodel,becauseofthehighfreedomdegreeofthegirdsideconverter,thecoordinatedcontrolofthegirdsideandtherotorsidec

4、onvertercanberealizedbyusingthegirdsideconvertertocompensatetherotorside.Basedontheaboveresults,thispaperproposesacoordinatedunbalancedcontrolschemes,thattherotorsideconverter’saimistakingthepulsationsofelectromagnetictorque,andthegirdsideconvertercansmooththetotaloutputpowerandtheDCbusvol

5、tage.Simulationdemonstratestheexactitudeandeffectivenessoftheproposedcontrolalgorithm.Keywords:doubly-fedgenerator;unbalancegirdvoltage;coordinatedcontrol0引言近些年，随着双馈感应发电机（doubly-fedinductiongenerator,DFIG）风电机组的大量投入使用，使得其在电网电压故障下的穿越运行及增强DFIG在不平衡电网电压下的运行性能成为了国际上风电技术的重要发展方向之一。我国国家电网公司也已经颁布风电接

6、入电网的技术规定，明确要求当风电场并网点的负序电压不平衡度达2%、短时达4%情况下，风电机组应能持续不脱网正常运行[1]。在网压平衡情况下的DFIG的控制策略已经相对成熟，研究重点多在电网故障下的双馈风机控制策略，尤其在实际的风力发电系统中，不平衡电网所引起的转矩脉动与不平衡电流过流发热危害十分严重，因此对双馈电机增加不平衡控制是十分必要的。而对风机在不平衡电网下的研究也多在电机转子侧，文献[2-5]建立了双馈发电机在不平衡电网下的数学模型，并分析了在不平衡电网下机侧变流器的控制策略，不过由于机侧变流器控制的局限性不能实现过多的控制目标，不能很好的改善发电机的运行性能。文献

7、[6]提出了一种基于串联网侧变换器(SGSC)的DFIG系统，该系统可通过SGSC向定子侧注入串联电压矢量改变定子机端电压，来改善电机在电网电压不平衡下的运行特性，但由于SGSC的存在使得成本增加，控制策略也相对复杂。由于机侧及网侧变流器的控制变量有限，虽然现阶段的研究使得二者可以分别达到各自的控制目标，但是控制效果还存在着一定的局限性，使得风力发电机的运行特性不是十分理想。尤其在电网不对称跌落的情况下，由于负序电压而引起的转矩脉动，负序电流过流发热等现象使得电机运行状态的恶化更为严重，因此研究通过电机侧与电网侧变