不對稱故障下主輔電流控制對雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的研究

胡柳 宋平崗

摘要：在不對稱電網(wǎng)故障下，建立了雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（DFIG）的模型，提出了轉(zhuǎn)子側(cè)主輔電流控制電路。通過控制電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)DFIG的不間斷運(yùn)行。并在Matlab/Simulink中對一臺(tái)1.5MW/690V的DFIG機(jī)組進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了不對稱電網(wǎng)電壓跌落時(shí)主輔電流控制電路的可行性。

關(guān)鍵詞：DFIG；不對稱故障；主輔電流控制

引言

隨著全球生產(chǎn)力發(fā)展和科技快速進(jìn)步，對能源需求與日俱增，環(huán)境日益惡化，因此，越來越多的人們關(guān)注可再生能源。風(fēng)力發(fā)電對環(huán)境沒有污染，安裝快速，因此開發(fā)利用風(fēng)能是世界上發(fā)展清潔能源的重要組成部分，全球需求巨大并且需求量不斷增加。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）可獨(dú)立調(diào)節(jié)有功無功功率，可以通過有效控制以實(shí)現(xiàn)最佳風(fēng)能捕獲，是目前主流機(jī)型。

隨著風(fēng)電規(guī)模和裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電的并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響越來越嚴(yán)重。然而，目前風(fēng)電技術(shù)主要針對電網(wǎng)發(fā)生對稱故障時(shí)的研究。但實(shí)際情況下，大部分都是不對稱故障，如果不考慮負(fù)序分量，很小的定子電壓負(fù)序分量將造成定轉(zhuǎn)子電流的不平衡，導(dǎo)致輸向電網(wǎng)的功率發(fā)生振蕩，這對DFIG和電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行將造成較大的威脅[1]。因此研究DFIG在不對稱故障下的控制是非常必要的。

文獻(xiàn)[1-3]提出了雙饋發(fā)電機(jī)（DFIG）在不平衡電網(wǎng)電壓條件下，網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)在正反旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，為了降低負(fù)序分量對不平衡電網(wǎng)的影響，提出了4種可供選擇的方案。文獻(xiàn)[4]在電網(wǎng)故障時(shí)采用額定功率因數(shù)控制和最大功率點(diǎn)追蹤控制來減少電網(wǎng)頻率和電壓的波動(dòng)。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于抑制轉(zhuǎn)子側(cè)負(fù)序電流為目標(biāo)的轉(zhuǎn)子變換器控制策略。

本文重點(diǎn)研究電網(wǎng)電壓發(fā)生不對稱故障對DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)造成的影響，考慮交流量中存在二倍頻的影響，提出主輔電流控制結(jié)構(gòu)，并利用Matlab/Simulink環(huán)境下通過一臺(tái)1.5MW/690V的DFIG進(jìn)行仿真，來驗(yàn)證主輔電流控制電路在電網(wǎng)不對稱故障下的控制結(jié)果。

1 DFIG風(fēng)電機(jī)組的工作原理及DFIG模型

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（DFIG）結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有定轉(zhuǎn)子兩套繞組，定子直接連接到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子采用交流勵(lì)磁控制。典型的DFIG系統(tǒng)中采用背靠背式兩電平電壓型PWM變換器，靠近轉(zhuǎn)子側(cè)為轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器（RSC），靠近電網(wǎng)側(cè)為網(wǎng)側(cè)PWM變換器（GSC）。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序分量將導(dǎo)致三相電壓不平衡，任一組不對稱的三相電磁量F，由瞬時(shí)對稱分量理論[6]知，可以分解成三相對稱的正負(fù)序分量之和。為了分析電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG的暫態(tài)過程，首先應(yīng)考慮其數(shù)學(xué)模型。