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1、第27卷第3期电力自动化设备Vol.27No.32007年3月ElectricPowerAutomationEquipmentMar.2007多功能柔性功率调节器的矢量励磁控制李刚12111,刘晓瑞,文劲宇,程时杰,潘垣(1.华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074;2.中南电力设计院,湖北武汉430071)摘要:作为大容量低速飞轮储能系统,多功能柔性功率调节器(FPC)由双馈电机(DFIM)和作为交流励磁电源的电压源型双脉宽调制(PWM)变换器组成,具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。FPC采用改进型定子磁链定向控制
2、策略。该策略利用电压控制代替无功控制,同时分别对定子q轴和d轴电压进行反馈和补偿控制,从而对电网电压波动具有较好的鲁棒性。由于FPC主要工作在电网扰动时,为了避免机端电压突然跌落引发变频器不能承受的转子过电流而导致装置跳闸,采用了专门的转子过电流快速限制措施和控制策略。此外,还附加了转速反馈控制,使FPC转速在其待机时总是能保持在稳态给定转速。关键词:双馈电机;飞轮储能;定子磁链定向控制;过电流保护;转速控制中图分类号:TM761文献标识码:A文章编号:1006-6047(2007)03-0005-05当电网发生故障特别是靠近FPC的地点发生短0引言路故障时
3、,FPC的定子侧会出现严重的过电流;由于磁耦合,转子侧也会出现严重的过电流。尽管电机双馈电机已在风力发电和抽水蓄能领域得到广本身的过电流承受能力较强,但转子侧变频器的过电泛的应用[1-4]。同时,用于改善供电质量的飞轮储能流承受能力却较弱,因此变频器过电流保护往往会装置也开始得到重视[5-6]。所研究的柔性功率调节器动作使变频器退出运行,从而使FPC失去稳定控制FPC(FlexiblePowerConditioner)是一种集成了双馈作用。为了避免出现这种情况,在FPC的励磁控制电机(DFIM)和飞轮储能装置优点的新型FACTS装中增加了转子过电流快速限制策
4、略。该策略能够迅置[7-8]。FPC采用电压源型双脉宽调制(PWM)变换速有效地限制转子电流,保证FPC的正常运行,从而器作为交流励磁电源,并利用转子位置反馈实现变使FPC能够在外部故障消除后及时地进行稳定控速运行。通过调节飞轮转速,FPC能向电网释放电制,避免电力系统失去稳定。能或者从电网吸收电能。因此,与传统的同步调相FPC在执行有功补偿和调节任务后转速将发生机相比,FPC不仅能够调节无功功率,还能够通过改变化,装置本身的损耗也将消耗转子飞轮系统的动变转子动能调节有功功率,因此也可以称之为“变速能。为了使FPC在待机时总是保持在最佳给定转速调相机”。以提
5、供良好的综合调节特性,文中也给出了FPC的类似于超导磁储能(SMES)系统,FPC能用于改转速给定控制策略。善电力系统稳定性和电能质量。由于转子侧只通过滑差功率,交流励磁用变换器的容量较小,因此FPC1FPC的数学模型具有更好的经济性和实用性。DFIM一般采用定子磁链定向控制SFOC(the图1是FPC的结构示意图。FPC的励磁控制主StatorFluxlinkageOrientationControl)策略。该策要通过控制转子侧变换器VSC1实现;电网侧变换器略往往假设电网电压恒定,忽略定子电阻和定子磁VSC2一般采用单位功率因数控制并维持直流电容链动态,
6、将两相同步旋转坐标系(dq坐标系)的d轴电压恒定。这里将不具体讨论变换器的控制,而认定位于定子磁链方向,从而获得磁通和转矩在d、q轴为VSC1和VSC2都是理想源。[9-11]上的近似解耦控制。传统的SFOC对电网电压波动DFIM的数学模型已有文献讨论。本节论述不具备很好的鲁棒性。FPC需要在电网发生扰动时的模型采用发电机惯例,并采用恒功率坐标变换,可提供补偿和阻尼,因而要求具有比DFIM更高的控制性能和稳定性。因此,FPC采用一种改进型SFOC策略,能较好地满足FPC的控制要求,且易于实现。收稿日期:2006-03-21;修回日期:2006-08-31基金
7、项目:国家自然科学基金资助项目(50507006);国家重点基础研究发展规划专项资助项目(2004CB217906)电力自动化设备第27卷得dq坐标系上的DFIM数学模型。电压方程:usd=-Rsisd-pΨsd+ω1Ψsqusq=-Rsisq-pΨsq-ω1Ψsd(1)urd=Rrird+pΨrd-ωsΨrqurq=Rrirq+pΨrq+ωsΨrd磁链方程:Ψsd=Lsisd-Lmird,Ψsq=Lsisq-Lmirq(2)Ψrd=Lrird-Lmisd,Ψrq=Lrirq-Lmisq电磁转矩方程:Te=npLm(isqird-isdirq)(3)转子运动
8、方程:Tm-Te=-Te=Jpωr/np(4)定子功
