双馈风力发电系统转子侧低电压穿越控制策略研究.pdfVIP

l 訇 似 双馈风力发电系统转子侧低电压穿越控制策略研究 Research of the rotor-side low voltage dip control strategy about doubly-fed wind power generator system 姜香菊‘，刘二林 JIANG Xiang-ju。．LlU Er-lin (1．兰州交通大学 自动化学院，兰州 730070；2．兰州交通大学 机电工程学院，兰州 730070) 摘 要：电网电压跌落是电网常见的故障之一，其会为风电机组的安全持续运行和维持电网的稳定埋下 极大的安全隐患。为了解决此问题，本文分析了风力发电机组低电压穿越的现实技术方案；分 析了电网电压跌落时双馈感应风力发电机的暂态特性，设计了包括改进控制策略和增加保护电 路的方案。仿真表明，文中提出的方案可以有效的抑制转子侧过电流和减小直流母线电压的波 动，能将电磁转矩的振幅限定在额定值以内，解决了传统控制策略中存在的问题。 关键词：保护电路；风力发电；低电压穿越；暂态数学模型；控制策略 中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1 009-01 34(201 2)3(下)-0043-04 Doi：1 0．3969／J．issn．1 009-01 34．201 2．3(下)．14 0 引言 通常情况下，当电网电压发生跌落时，会引 起风力发电机组定子端电压下降，同时定子过电 流；因为定转子间的强耦合关系，也会导致转子 侧过电流和过电压。若电压跌落比较严重时，还 可能导致变流器电力电子器件的损坏 。 1 风力发电系统实现技术方案 转子侧完成低电压穿越 (LVRT)的方案主要有 两种：1)通过在双馈发电机转子侧增加 Crowbar 保护电路的方式来实现双馈风力发电机组的低电 压穿越功能。2)通过改进转子侧变流器的励磁控 制方法来实现风电机组的低电压穿越功能 [5~81。 双馈风力发电系统稳态运行时采用基于定子 电压定向的矢量控制策略，当机组检测到电网电 压发生跌落时，Crowbar保护电路开始工作，转子 侧闭锁，停止工作；当电网电压开始恢复时采用 改进的励磁控制策略以实现风电机组低电压穿越 的要求；电网电压完全恢复后仍然采用稳态运行 时的控制策略。 2 电网电压跌落时双馈风力发 电机 暂态特性 在电网电压发生跌落时，双馈风力发电机的 定子电压和磁链不是常量，若考虑定子电流的暂 态变化过程，双馈风力发电机的精确数学模型可 表示如下 ： ／Js= fs+p +j 足‘+p +j (1) = Lsis+Lmir = Lm／s+‘‘ 其中，U 、U，是定、转子电压矢量；f 、f，是定、 转子电流矢量； 、 ，是定、转子磁链矢量； = + 、Lr= +L朋分别是定子和转子自感； 、 分别是定子漏感和转子漏感，且 远大 于 和 L 。 由式 (1)可得双馈风力发电机的T型等值电路 图，如图 l所示。 咫 Lrd 足 j 1 jCO。 图1 双馈风力发电机T型等值电路图 令 is：Lsi,／Lm+fr，于是可知： f is= Lm(is— i)／Lr {妒 =L i +Lmfr=Lmfd (2) I = fd／Ls+(Lr一 ／L ) 将式 (2)代入式 (1)可得如下表达式： 收稿日期：2011-11-01 作者简介：姜香菊 (1979一)，女，讲师，硕士，研究方向为模式识别和智能控制技术。 第34卷 第3期 2012—3(下) 【43J 学兔兔 务l 匐 化 j 足 +上lmp 二 q (3) c‘一 每 ̈ 由于定子侧电压U 、磁链 不是常量，所以 由式 (3)中的第一个方程式可得： p us-Rs 一j (4) 将式 (4)代入式 (3)的第二个方程式可得： 肆‘+( 一鲁) +j +每( 一 一j∞ )(5) 按定子电压定向的控制策略经整理可得： 乏芝： Bpi~q： 二 ㈤ l rq=Rr ++一(Rfsq+q d) 、 令 {U rd=Ur d+AUr du (7) I ，一、l●’ 、‘，【“qq q 其中， ( Bp)i~d ， 【 =(足+邱) fAUrd 一 + (“。d一 + q) IAurq=(A)s~／rd一 ( + d) 将式 (7)作为电网电压跌落时，双馈风力 发电机低电压穿越控制策略的实现依据，与传统 的矢量控制策略相比较，改进以后的控制策略是 在原来的基础上增加转子电压的补偿量 Lm( 一 R f。一j∞1 )／ 。 3 转子侧变流器实现低电压穿越控 制策略 电网电压跌落时的控制系统框图如图 2所示。 在图 2所示的当电网电压跌落时的控制系统 框图中，双馈发电机定子侧输出功率 P ‘、a 与经 计算得到地反馈值 、Q。比较，经过 P