基于定子磁链控制的双馈风力发电机低电压穿越研究

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1、基于定子磁链控制的双馈风力发电机低电压穿越研究白冲冲，张凤，卢业蕙（沈阳逑筑人学信息与控制工程学院，110168）摘要：随珩双馈风力发电机组装机界a在电力系统中的比例不断增大，当电M电压骤降时，要求机组M•宥一定的低电压穿越能力（LVRT〉，保证在故障跌落时风力发电机不脱网运行。针对矢景定向控制策略，逑立起完整的双馈感应发电机（DFIG）的数学模艰，详细推导了改进定子磁链定昀控制策略KDFIG的控制程，运用Matlab/Simulink软件对机纟JI的特性进行了仿從，结果验证了当电网电压跌落较小吋采用改进矢虽控制策略能有效的实现DHIG的

2、低也压穿越，为进一步研究提供了依据。关键词：双馈感应风力发电机；定子磁链定向；低电压穿越1引言随着DFIG风电机组裝机容fi在电力系统中的比例不断增大，当电网电止骤降时，若将其从电网中解列则会严重影响电力系统的稳定以及屯网的恢复［1］，因此要求DFIG机组具有一定的LVRT能力，保证在电压跌落时风电机不脱网运行，并能够向电网提供无功支持系统恢釔稔定。当电网电压跌落较小时DFIG通常采川矢虽控制策略（VectorControl,VC）,伟统的矢:控制K控制构造简单，能够实现DFIG柯功和无功功率的解耦，且使用PI调节器其有一定的稳定性及鲁棒

3、性，然而基于理想电网下的矢M控制当电网骤降故障时，很难实现完全解耦，其控制性也不能够保证，例如定子磁链控制［21忽略了定子的竹态过稈，当故障时不能达到预期控制效果。此时矢量控制己不能满足机组安全运行的要求，因此必须对传统矢量控制策略进行改进。木文建立了完整的DFIG数7:模型，详细推导了改进定子磁链控制策略K的DFIG控制方程，以1.5MW发电机为例，在电网标准规范下选取典型电压跌落故障，通过Matlab/Simulink软件对电压跌落吋DFIG的特性进行了仿真分析，结果验证Y改进欠虽控制策略的有效性。2DFIG数学模型图1双馈感应发屯机

4、系统拓扑结构如图1所示双馈风力发电机定子侧经变压器直接与电网迕接，转子侧接到对转子电流频率、相位、幅值都可调的变频器上，通过双PWM变频器丼入电网变频器对转了交流励磁,具冇很大的调速范围，且额定容fi很小，此外双馈发电机还具冇对冇功、无功实现独立解耦调节的优点'因此双馈风力发也机得到了广泛的应用。然而这种结构也导致DFIG对电网电压的扰动相当敏感，变频器容虽小也使其对电网故障的应对能力较弱，所以当电压跌落较小吋为克服DFIG的缺点需要对其控制策略进行改进。若要进一步研究DFIG在电压跌落吋的暂态特性，需要建立等效的DFIG数学模型。本文采

5、用电动机惯例进行建模，在理想状态下任意同步dq旋转坐标下DFIG磁链方程为[5]:ULsisd+Lmirdh••^rd-人d+Lrirdr(/=式中下标d、别为d轴分量和q轴分量；下标s、r分別为定子和转子分量；〜、〜分别为定了-d轴和q轴磁链分量；分别为转了•磁链d轴和q轴分fi;isd、i叫、分别为定了-d轴和q轴的电流分量；‘、~分别为转了•电流的d轴和q轴分量；L,、分别为定、转子在dq华标屮两相绕组的£

6、感；为dq轴屮定、转子绕组I'lij的互感。同理可得DFIG的dq坐标下的电压方程：吣=R人，PHqUrd=H.d+K〜(d.

7、q⑵式中^分别定子的d轴和q轴的电hi分g;~分别为转子的d轴和q轴电hi分fi;叫、崎分别为发电机的定子和转了角转速；P为微分算子。3DFIG定子磁链定向(SFO)控制双馈风力发电机转子侧一般采用定子磁链定向来实现功率的解耦控制，从而使DFIGK备一定的LVRT能力，此吋〜=0。当忽略定子侧电阻后可得到转子同歩旋转dq轴坐标下电压分量方程[6]:Urd~+(A-•H-呀)(Arq此时吋得同少旋转dq轴坐标下的转了电压耦合的补偿项△人和为:=(叫_巧)(々〜Nil一一二—(69j—COynt厂<7Ws+(Lrnt)/rd(4)则把式(4)

8、代入式(5)可得转子侧屯压解耦项£<和<为:

9、V/60//Z,Rs=0.00706/;«,Rr=0.005pu,Ls=0.171p«,Lf.=0.156pw,乙„,=2.9pn,极刈数/?,,=3。0.50•0.56420•2124012