基于等效電感策略的雙饋電機低電壓穿越研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源危機的日益嚴重，新能源以其清潔、低碳、可持續(xù)利用等優(yōu)點受到了越來越廣泛的關注。風能作為其中應用最廣的可再生能源，近年來發(fā)展十分迅速，其在電力能源中所占的比重也逐漸增大，對電網(wǎng)的影響日益突出。為維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定，各國并網(wǎng)準則都要求風電機組具有低電壓穿越(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)運行甚至向電網(wǎng)提供功率和電壓支撐。雙饋感應發(fā)電機(Doubly-Fed

2、 Induction Generator，DFIG)因造價低、勵磁變頻器容量小、有功無功可獨立調(diào)節(jié)等優(yōu)勢成為了風電機組中的主流機型，但其定子直接并網(wǎng)的結構使得電網(wǎng)故障耦合至DFIG內(nèi)部，影響到機組安全穩(wěn)定運行。因此，必須從基礎理論和關鍵技術層面上解決風電機組安全、可靠、高效的故障穿越能力問題。
　　目前的LVRT研究主要集中在兩個方面：改變變流器控制策略和以增加硬件保護為主的改變電路結構的方式。在改變變流器控制策略來實施保護方面，

3、主要有滅磁控制以及改進矢量控制方案；硬件保護方面，目前實用化的技術主要是在轉(zhuǎn)子側(cè)投入Crowbar電阻泄能。
　　本文對DFIG進行了數(shù)學建模，在充分了解其暫態(tài)過程的基礎上，分析了故障期間轉(zhuǎn)子側(cè)過壓過流的原因。在總結以上兩種LVRT技術優(yōu)缺點的基礎之上，提出了一種以主動式Crowbar技術為基礎，依靠變流器自身控制實現(xiàn)LVRT的方法，即在故障時，將感應電動勢的端口特性控制成一個等效阻抗。通過理論分析，說明了此阻抗為電感特性時最有利

4、于實現(xiàn) LVRT。然后，從電壓電流特性的角度，對現(xiàn)有各種主流控制策略的端口特性進行了計算分析，結果表明，在故障期間，各控制策略的感應電動勢端口都呈現(xiàn)一個純電感特性。在此基礎上，提出了一種新穎的基于等效電感的故障控制策略。
　　在Matlab/Simulink中對本文提出的等效電感的控制策略進行了仿真驗證，并且搭建了一臺2.5kW雙饋風力發(fā)電示范系統(tǒng)，結合電壓跌落裝置模擬電網(wǎng)故障，仿真和實驗驗證了該控制策略的可行性和有效性。相比于以

5、滅磁為基礎的變流器控制和以Crowbar為基礎的硬件保護方式，該控制策略具有以下特點：
　　(1)物理概念清晰；
　　(2)控制方式簡單，無需復雜的磁鏈分離環(huán)節(jié)和控制策略的切換；
　　(3)轉(zhuǎn)矩脈動接近于0；
　　(4)在不同的故障期間，自適應的調(diào)節(jié)感應電動勢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；<