基于等效電感策略的雙饋電機(jī)低電壓穿越研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，新能源以其清潔、低碳、可持續(xù)利用等優(yōu)點(diǎn)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。風(fēng)能作為其中應(yīng)用最廣的可再生能源，近年來(lái)發(fā)展十分迅速，其在電力能源中所占的比重也逐漸增大，對(duì)電網(wǎng)的影響日益突出。為維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定，各國(guó)并網(wǎng)準(zhǔn)則都要求風(fēng)電機(jī)組具有低電壓穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)的能力，即在一定電網(wǎng)故障下保持不間斷并網(wǎng)運(yùn)行甚至向電網(wǎng)提供功率和電壓支撐。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Doubly-Fed

2、 Induction Generator，DFIG)因造價(jià)低、勵(lì)磁變頻器容量小、有功無(wú)功可獨(dú)立調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)成為了風(fēng)電機(jī)組中的主流機(jī)型，但其定子直接并網(wǎng)的結(jié)構(gòu)使得電網(wǎng)故障耦合至DFIG內(nèi)部，影響到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，必須從基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)層面上解決風(fēng)電機(jī)組安全、可靠、高效的故障穿越能力問(wèn)題。
　　目前的LVRT研究主要集中在兩個(gè)方面：改變變流器控制策略和以增加硬件保護(hù)為主的改變電路結(jié)構(gòu)的方式。在改變變流器控制策略來(lái)實(shí)施保護(hù)方面，

3、主要有滅磁控制以及改進(jìn)矢量控制方案；硬件保護(hù)方面，目前實(shí)用化的技術(shù)主要是在轉(zhuǎn)子側(cè)投入Crowbar電阻泄能。
　　本文對(duì)DFIG進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，在充分了解其暫態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ)上，分析了故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)過(guò)壓過(guò)流的原因。在總結(jié)以上兩種LVRT技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，提出了一種以主動(dòng)式Crowbar技術(shù)為基礎(chǔ)，依靠變流器自身控制實(shí)現(xiàn)LVRT的方法，即在故障時(shí)，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的端口特性控制成一個(gè)等效阻抗。通過(guò)理論分析，說(shuō)明了此阻抗為電感特性時(shí)最有利

4、于實(shí)現(xiàn) LVRT。然后，從電壓電流特性的角度，對(duì)現(xiàn)有各種主流控制策略的端口特性進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明，在故障期間，各控制策略的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)端口都呈現(xiàn)一個(gè)純電感特性。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新穎的基于等效電感的故障控制策略。
　　在Matlab/Simulink中對(duì)本文提出的等效電感的控制策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并且搭建了一臺(tái)2.5kW雙饋風(fēng)力發(fā)電示范系統(tǒng)，結(jié)合電壓跌落裝置模擬電網(wǎng)故障，仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制策略的可行性和有效性。相比于以

5、滅磁為基礎(chǔ)的變流器控制和以Crowbar為基礎(chǔ)的硬件保護(hù)方式，該控制策略具有以下特點(diǎn)：
　　(1)物理概念清晰；
　　(2)控制方式簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的磁鏈分離環(huán)節(jié)和控制策略的切換；
　　(3)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)接近于0；
　　(4)在不同的故障期間，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)端口等效電感的取值，與固定了滅磁系數(shù)或者跟蹤系數(shù)的控制策略相比，該策略具有更高的魯棒性和適應(yīng)性，能最大限度的利用轉(zhuǎn)子變流器，拓寬DFIG暫態(tài)可控故障范圍；<