改進(jìn)控制策略與硬件電路結(jié)合的故障穿越方法分析

丁凱 陳濤 蘇冉

摘 要：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在運(yùn)行與生產(chǎn)電力的過(guò)程中，通過(guò)傳統(tǒng)的矢量控制策略的引導(dǎo)，可以充分發(fā)揮動(dòng)態(tài)與靜態(tài)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，然而一旦發(fā)生故障問(wèn)題，就會(huì)失去控制能力。由此，本文從控制策略的改進(jìn)模型入手，對(duì)附加硬件電路控制方法進(jìn)行分析，并分別從轉(zhuǎn)子串電阻的保護(hù)電路與直流卸荷電路兩個(gè)方面入手，對(duì)其優(yōu)化方法進(jìn)行分析，從而減少系統(tǒng)受到負(fù)面影響內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；改進(jìn)控制；硬件電路；故障穿越

引言：風(fēng)能資源的開發(fā)，是能源戰(zhàn)略發(fā)展的必然，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需求。由此，我國(guó)十分重視風(fēng)力發(fā)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展內(nèi)容。隨著規(guī)模條件的不斷壯大，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電工作中也暴露出了明顯的問(wèn)題，并為風(fēng)力發(fā)電的持續(xù)性健康發(fā)展帶來(lái)了阻礙。因此，必須從控制模型的內(nèi)容入手，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)有效的執(zhí)行策略使其表現(xiàn)出更好的狀態(tài)條件，提高風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展水平。

一、改進(jìn)控制模型

矢量控制下的傳統(tǒng)方法，沒(méi)有對(duì)定子勵(lì)磁的動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行控制，因此，在執(zhí)行系統(tǒng)穩(wěn)定性控制模型的過(guò)程中，完成簡(jiǎn)化DFIG模型的控制內(nèi)容，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓跌落問(wèn)題的控制[1]。所以，必須通過(guò)附加硬件電路的方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)，降低電壓跌落條件下的系統(tǒng)故障發(fā)生條件。

模型構(gòu)成上，定子與轉(zhuǎn)子的控制，都采用雙饋發(fā)電機(jī)的慣性工作方式，并嘗試將轉(zhuǎn)子側(cè)的折算內(nèi)容轉(zhuǎn)化到定子測(cè)，將DFIG的同步旋轉(zhuǎn)條件，控制在dq坐標(biāo)系中，由此得到具體的電壓方程與磁鏈方程。由于電網(wǎng)電壓在正常運(yùn)行過(guò)程中，定子磁鏈的穩(wěn)定性條件，以及發(fā)生跌落后的動(dòng)態(tài)變化閾值，可以此兩項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容作為基礎(chǔ)，完成定子激勵(lì)電流的動(dòng)態(tài)變化控制策略，實(shí)現(xiàn)控制模型的穩(wěn)定性改造。

二、附加硬件電路控制

在電壓方程與磁鏈方程方程的計(jì)算方法下，可以直接計(jì)算出轉(zhuǎn)子電壓的不同表現(xiàn)形式，并通過(guò)轉(zhuǎn)子瞬態(tài)電感與瞬態(tài)電阻的閾值，完成附加硬件電路控制參數(shù)的計(jì)算。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的比對(duì)分析，增大轉(zhuǎn)子回路、定子回路電阻的運(yùn)行數(shù)據(jù)，都會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子瞬態(tài)電阻增加的效果[2]。在實(shí)務(wù)操作中，可以通過(guò)串聯(lián)電路接入位置的差異化條件，將電阻保護(hù)電路分為定子串與轉(zhuǎn)子串兩種類型。在敏感程度上，定子串要明顯的優(yōu)于轉(zhuǎn)子串，僅受到很小部分的限流電阻，就可直接抑制轉(zhuǎn)子過(guò)電流的問(wèn)題，同時(shí)，定子串在電阻方案中，由于承載信息的內(nèi)容較多，在容量消耗上也相對(duì)較為突出。所以必須通過(guò)轉(zhuǎn)子串的優(yōu)化路徑，完成附加硬件控制內(nèi)容。

（一）轉(zhuǎn)子串電阻的保護(hù)電路

應(yīng)用轉(zhuǎn)子串電阻設(shè)置保護(hù)電路，必須在整體系統(tǒng)中首先確定最嚴(yán)重的電壓故障條件，并在參數(shù)模擬中，嘗試分析測(cè)轉(zhuǎn)子故障電流在此條件下可能會(huì)產(chǎn)生的最大值信息。另外，電子繞組與轉(zhuǎn)子側(cè)變器之外，是產(chǎn)生限阻電流的環(huán)境，在發(fā)生故障的同時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)邊器設(shè)備仍然處在工作的狀態(tài)，因此，在對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行控制的方法中，必須對(duì)其所能承受的電壓閾值進(jìn)行分析，并盡可能確定最大電壓的具體數(shù)值，以此完成計(jì)算內(nèi)容。

在得到以上出限制條件的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)換流器對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組的電壓，計(jì)算出具體轉(zhuǎn)子相電流的具體數(shù)值，然后通過(guò)三角函數(shù)的方式，完成各項(xiàng)最大值的計(jì)算。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的便捷條件，可以直接得出轉(zhuǎn)子電流中的具體安全限值參數(shù)，以及轉(zhuǎn)子變換器的電壓安全限值。最后，在通過(guò)時(shí)間參數(shù)的帶入，完成轉(zhuǎn)子串的電阻值，進(jìn)而完成限流電阻阻值計(jì)算。

進(jìn)行模型設(shè)計(jì)的工作中，應(yīng)將限流電阻與旁路開關(guān)最為基本保護(hù)電路構(gòu)成條件，并使用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制。由于保護(hù)電路是以擾動(dòng)整體系統(tǒng)作為基礎(chǔ)條件的，因此，必須在對(duì)安全值與電流參數(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，才能確定保護(hù)電路的接入。而這一點(diǎn)必須得到技術(shù)人員的高度重視，不能在進(jìn)行設(shè)備維護(hù)的過(guò)程中，在發(fā)生故障時(shí)直接將電路接入系統(tǒng)中，由此降低保護(hù)電路對(duì)于設(shè)備的影響，提高保護(hù)電路使用的科學(xué)性。

（二）直流卸荷電路控制方法

卸荷電路的控制作用，是通過(guò)絕緣柵雙極管晶體管、二極管、卸荷電阻等功能結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。在控制過(guò)程中，主要通過(guò)對(duì)卸荷電路的切入、切出實(shí)現(xiàn)故障階段的電壓穩(wěn)定性維持。

為了保證控制方法的有效性，必須從卸荷電阻的阻值確定入手，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚担岣呦到y(tǒng)的暫態(tài)性能優(yōu)質(zhì)，從而完成簡(jiǎn)單的控制內(nèi)容[3]。在計(jì)算內(nèi)容中，需將直流母線的合理電壓最大值、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出功率、網(wǎng)測(cè)變換器輸出功率作為基本的參數(shù)控制內(nèi)容，完成直流測(cè)點(diǎn)容壓的控制計(jì)算。另外，還需在忽略電路非線性元件影響條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)卸荷電阻使用中的發(fā)熱條件，適當(dāng)控制安全數(shù)值，以此保證功率參數(shù)的穩(wěn)定性條件。

與轉(zhuǎn)子串電阻的保護(hù)電路方法相類似，必須在對(duì)相應(yīng)參數(shù)條件進(jìn)行核對(duì)的基礎(chǔ)上，才能確定卸荷電路的實(shí)用性條件，達(dá)到降低負(fù)面影響的效果。如果直流母線的電壓值超過(guò)了1.2p.u.的大限定值，必須對(duì)功率開關(guān)進(jìn)行閉合處理投入卸荷電路，以此消耗掉多余的電流條件，保證直流母線電壓的穩(wěn)定性水平，如果電壓在1.2p.u.的閾值內(nèi)，則無(wú)需進(jìn)行卸荷電流接入。

總結(jié)：附加硬件電路控制方案，是結(jié)合硬件設(shè)施升級(jí)執(zhí)行的控制策略，在技術(shù)應(yīng)用中，可以此保證雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，通過(guò)穿越電網(wǎng)故障的方式，完成電力控制內(nèi)容，從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)子過(guò)電流的情況。同時(shí)，通過(guò)本文提到的技術(shù)方法，可以充分滿足我國(guó)電網(wǎng)規(guī)范管理下的故障穿越要求，將故障內(nèi)容控制在暫態(tài)特征下，進(jìn)而達(dá)到風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的提升。

參考文獻(xiàn)：

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[3]邵一川，朱江寧，徐志英，等.微電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)載荷暫態(tài)分析[J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，29（06）：473-478.