没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
针对不平衡电压下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制,分析定子瞬时有功和无功功率与三相定子电压、转子电流的关系,通过引入连续调节系数得到转子三相电流指令值的通用计算式。进一步地,求得指令电流调节系数、转子电流峰值及DFIG定子有功和无功波动的表达式,分析DFIG控制特性随调节系数、电压不平衡度的变化规律;分析不平衡电压跌落下DFIG的可控性,给出电压跌落后定子电压的临界值和转子侧变流器可控的判断条件;以功率波动设定值为目标,计及转子电流峰值限制,建立DFIG单位功率因数和无功功率支持2种模式下的灵活功率控制策略,通过仿真验证所提方法的可行性。
资源推荐
资源详情
资源评论
第 39 卷 第 2 期
2019 年 2 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.39 No.2
Feb. 2019
不平衡电压下双馈感应发电机转子侧变流器的灵活功率控制
马 静
1
,刘 青
1
,吴佳芳
2
,孙方晴
2
,汪 莹
3
,沈玉明
1
,周念成
2
(1. 国网安徽省电力公司经济技术研究院,安徽 合肥 230022;
2. 重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆 400044;
3. 国网经济技术研究院有限公司,北京 102209)
摘要:针对不平衡电压下双馈感应发电机( DFIG) 转子侧变流器的控制,分析定子瞬时有功和无功功率与三
相定子电压、转子电流的关系,通过引入连续调节系数得到转子三相电流指令值的通用计算式。 进一步地,
求得指令电流调节系数、转子电流峰值及 DFIG 定子有功和无功波动的表达式,分析 DFIG 控制特性随调节
系数、电压不平衡度的变化规律;分析不平衡电压跌落下 DFIG 的可控性,给出电压跌落后定子电压的临界值
和转子侧变流器可控的判断条件;以功率波动设定值为目标,计及转子电流峰值限制,建立 DFIG 单位功率因
数和无功功率支持 2 种模式下的灵活功率控制策略,通过仿真验证所提方法的可行性。
关键词:不平衡电压;双馈感应发电机;转子侧变流器;功率控制;调节系数
中图分类号:TM 315 文献标识码:A DOI:10.16081 / j.issn.1006
-
6047.2019.02.029
收稿日期:2017
-
11
-
29;修回日期:2018
-
10
-
24
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51577018) ;重庆市
基础科学与前沿技术研究专项(cstc2015jcyjBX0033)
Project supported by the National Natural Science Foundation of
China( 51577018) and Chongqing Research Program of Basic
Research and Frontier Technology(cstc2015jcyjBX0033)
0 引言
电网 发 生 不 对 称 故 障 后 双 馈 感 应 发 电 机
(DFIG)端电压发生不平衡跌落,转子绕组中会产生
过电压和过电流,可能导致变流器的损坏,甚至发电
机的输出功率和电磁转矩也会出现大幅的波动
[1⁃3]
,
对电网的电能质量和机组的安全运行产生不利的影
响。 根据风电场并网的技术规定,在电网发生不对称
故障时风电场需具备一定的低电压穿越能力,即维持
不脱网运行
[4]
。 由此可见,需对电压发生不平衡跌落
时 DFIG 的动态特性和控制方案进行深入研究。
为准确控制不平衡电压下 DFIG 转子电流正负
序分量,文献[5]提出一种新的转子电流控制结构,
其利用正负序双旋转坐标系下比例积分的思想,实
现对转子电流的有效控制。 为改善电流跟踪效果,
文献[6⁃7]提出基于静止坐标系下比例谐振思想的
转子电流控制结构;文献[8] 针对不平衡负荷提出
转子电流的预测控制结构,但其控制设计比较繁琐。
现有的转子电流控制结构可以对 DFIG 转子侧变流
器的电流进行快速跟踪,但还需获取转子电流指令
值。 文献[3] 提出一种转子电流指令序分量算法,
该算法考虑了定子有功波动、定子和转子电流对称
等 4 种控制目标。 文献[6]针对上述 4 种控制目标,
利用正序电压矢量定向简化其正负序转子电流指令
的表达式。 常用的控制目标是抑制定子功率波动和
消除电磁转矩波动
[1]
,但注入的负序电流会导致发
电机转子电流大幅上升。 上述相关文献将转子电流
的正负序分量关系固定,在几种具有代表性的极限
工况下 DFIG 也能运行,但其不能对转子电流负序分
量的比例进行动态调整,将导致 DFIG 在不平衡电压
下的运行特性不能得到灵活的控制。 同时 DFIG 的
输出功率与转子电流具有紧密的联系
[9⁃10]
,机组的
不脱网运行会受到任意相转子电流极限值的影响。
图 1 DFIG 控制结构图
Fig.1 Control structure diagram of DFIG
本文根据 DFIG 端电压跌落时的无功支持要求,
在利用连续调节系数对转子电流负序分量比例进行
调整的基础上,得到转子电流指令值在不平衡电压
下的一般表达式;进一步地推导得到关于无功波动、
定子有功以及转子相电流峰值的表达式,考虑功率
波动跟踪设定值的同时限制转子电流不超过极限
值,在此基础上设计 DFIG 功率控制策略。
1 电网电压不平衡下 DFIG 转子侧变流器灵
活功率控制
DFIG 控制结构如图 1 所示,有功指令 P
∗
g
是由
第 2 期
马 静,等:不平衡电压下双馈感应发电机转子侧变流器的灵活功率控制
网侧变流器根据 U
∗
dc
和 u
dc
的偏差得到,以此保证直
流电压维持在恒定状态,而有功指令 P
∗
s
可以根据转
速 ω
r
得到的最大功率点来确定。 图中桨距角控制
用于正常运行中使 DFIG 在高风速时保持额定功率
输出,而故障过程中则是主动减小风力机的机械转
矩,避免发电机超速。 图 1 中通过计算电网故障时
定子电压 u
sabc
的跌落幅度来获取转子侧的无功指令
Q
∗
s
[9]
,网侧的 Q
∗
g
一般取 0。 三相电流指令值 i
∗
rabc
、
i
∗
gabc
可由功率指令、定子电压电流 u
sabc
和 i
sabc
计算得
到,再通过电流内环实现功率控制的目的。 目前三
相三线制接线方式广泛应用于商用机组中,故在下
文分析中可以忽略零序分量的影响
[11]
。 根据定转
子电流与磁链的关系,可以推导得到 DFIG 定子有
功为:
p
s
(t)
=
u
s
(t)i
s
(t)
=
u
s
(t)
ψ
s
(t)
L
s
-
L
m
L
s
i
r
(t)
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
=
-
L
m
L
s
[u
+
s
(t)
+
u
-
s
(t)][i
+
r
(t)
+
i
-
r
(t)] (1)
其中,u
s
(t)、i
s
(t) 和 ψ
s
(t) 分别为定子电压、电流和
磁链矢量,i
r
(t) 为转子电流矢量,各矢量均由正、负
序分量组成;L
s
=
L
m
+
L
ls
,L
m
、L
ls
分别为励磁电感、定
子漏电感。
将矢量 u
s
(t)和 i
s
(t)叉乘的模值定义为定子无
功,正交电压矢量 u
s⊥
(t)
=
u
+
s
(t) e
-
jπ / 2
+
u
-
s
(t) e
jπ / 2
可
以利用定子各相电压构造而成,经发现 u
s⊥
(t) 也包
含正、负序分量
[12]
。 由此可得其定子无功功率的表
达式为:
q
s
(t)
=
u
s
(t)
×
i
s
(t)
=
u
s⊥
(t)i
s
(t)
=
u
s⊥
(t)
ψ
s
(t)
L
s
-
L
m
L
s
i
r
(t)
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
=
u
s
(t)
2
ωL
s
-
L
m
L
s
[u
+
s⊥
(t)
+
u
-
s⊥
(t)][i
+
r
(t)
+
i
-
r
(t)] (2)
当未投入转子撬棒保护时,转子励磁调节可增
强 DFIG 的不脱网运行能力。 在电压不平衡下 DFIG
定子功率维持在 P
∗
s
+
jQ
∗
s
,推导式(1) 和(2) 可以求
出定子坐标系下的转子电流指令值为:
i
∗
r
(t)
=
i
∗
rp
(t)
+
i
∗
rq
(t)
= -
L
s
P
∗
s
u
s
(t)
L
m
u
s
(t)
2
-
L
s
[Q
∗
s
-
u
s
(t)
2
/ (ωL
s
)]u
s⊥
(t)
L
m
u
s
(t)
2
=
u
+
s⊥
(t)
+
u
-
s⊥
(t)
ωL
m
-
L
s
{P
∗
s
[u
+
s
(t)
+
u
-
s
(t)]
+
Q
∗
s
[u
+
s⊥
(t)
+
u
-
s⊥
(t)]}
L
m
[ u
+
s
(t)
2
+
2u
+
s
(t)u
-
s
(t)
+
u
-
s
(t)
2
]
(3)
利用式(3)可实现机组定子有功和无功恒定地
跟踪指令值,即使在电压不平衡情况下也不会出现
功率波动。 附录中图 A1 显示了考虑式(3) 分母倍
频波动量前后的定转子电流幅频特性。 由图可知,
考虑式中分母的倍频波动量时,定子电流出现了 3
次和 5 次电流谐波,同时转子电流出现非转差频率
分量,这与文献[5] 的结论相同。 DFIG 定转子电流
发生畸变,会造成绕组不均衡发热,影响机组稳定运
行
[5,13]
,严重时电流峰值越限,保护动作将使机组脱
网。 文献[5⁃6,11]在控制设计时均尽量抑制不平衡
电压引起的定子电流谐波,故本文中转子电流指令
值也不考虑倍频波动量以减小定转子谐波畸变。
在式(3)的基础上,利用系数 α 和 γ
1
、γ
2
对不同
成分的电流序分量比例进行调节,从而实现对转子
电流负序分量的动态调整,得到定子坐标系下的转
子电流指令值为:
i
∗
r
(t)
=
i
∗
rp
(t)
+
i
∗
rq
(t)
=
-
P
∗
s
L
s
[u
+
s
(t)
+
αu
-
s
(t)]
L
m
[ u
+
s
(t)
2
+
α u
-
s
(t)
2
]
-
Q
∗
s
L
s
[u
+
s⊥
(t)
+
γ
1
αu
-
s⊥
(t)]
L
m
[ u
+
s
(t)
2
+
α u
-
s
(t)
2
]
+
u
+
s⊥
(t)
+
γ
2
u
-
s⊥
(t)
ωL
m
(4)
其中,α,γ
1
,γ
2
∈[
-
1,1]。 式(4)第二个等号右侧前
两项与 P
∗
s
、Q
∗
s
相关,最后一项与定子磁链相关。 α
为前两项中负序电压的共同系数,对 α 的值进行调
整即可对转子电流中与 P
∗
s
和 Q
∗
s
相关的负序分量
进行调节;γ
1
为式(4) 等号右侧第二项负序电压的
系数,用于单独调节与 Q
∗
s
相关的负序分量比例;γ
2
可用于调节转子电流指令中与定子磁链相关的负序
分量比例。
改变式(4)中 α 和 γ
1
、γ
2
的取值,将得到多种转
子电流控制策略
[3,6]
,若取 Q
∗
s
=
0,α 和 γ
2
分别 取
-
1、0 或 1,与文献[ 6] 中 4 种控制策略相对应。 在
不平衡电压跌落下,控制机组运行于特定状态,不能
根据机组端电压情况对转子电流的正负序分量进行
动态调节。 为避免转子电流峰值超过极限电流而导
致机组脱网运行,α 和 γ
1
、γ
2
的取值应在满足转子
电流安全约束的基础上,再根据不平衡电压条件,使
机组输出功率波动接近目标值。 式(4) 中转子电流
指令值的直流分量为 0,其仅包含稳态的转子电流
参考值。 电网发生不平衡扰动后无法避免转子电流
的直流分量,本文通过调节不平衡电压下转子电流
的稳态指令值,并利用动态跟踪性能较好的比例谐
振控制器
[11]
,使 DFIG 转子电流跟踪指令值,确保发
生不平衡扰动后转子电流峰值不越限。
2 DFIG 转子侧变流器功率控制特性分析
2.1 定子有功和无功功率波动
将 DFIG 端电压负序分量的不平衡度定义为 n
=
剩余12页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38632825
- 粉丝: 3
- 资源: 947
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- 基于Java和Kotlin的炉石传说自动化脚本项目源码+说明文档.zip
- 实习日报12.2.docx
- GO语言基础、学习笔记、项目规范.zip
- 免费功能一定要安装(安装上不用管)_sign.apk
- Goutte,一个简单的 PHP Web 爬虫.zip
- JAVA的Springboot个人博客系统源码带本地搭建教程数据库 MySQL源码类型 WebForm
- 2024-12-2 二阶问题(复杂区域)
- 架构师学习笔记,涵盖JAVA基础、MySQL、Spring、SpringBoot、SpringCloud、SpringCloudAlibaba、Redis、Kafka、设计模式、JVM等
- 开卡工具SM2258XT(AD)-B16A-PKGT1216A-FWT1125A0
- 电力场景变电站红外检测数据集VOC+YOLO格式6042张21类别.zip
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功