不对称故障下主辅电流控制对双馈电机转子侧变换器的研究

胡柳 宋平岗

摘要：在不对称电网故障下，建立了双馈感应风力发电机组（DFIG）的模型，提出了转子侧主辅电流控制电路。通过控制电磁转矩，实现DFIG的不间断运行。并在Matlab/Simulink中对一台1.5MW/690V的DFIG机组进行了仿真，验证了不对称电网电压跌落时主辅电流控制电路的可行性。

关键词：DFIG；不对称故障；主辅电流控制

引言

随着全球生产力发展和科技快速进步，对能源需求与日俱增，环境日益恶化，因此，越来越多的人们关注可再生能源。风力发电对环境没有污染，安装快速，因此开发利用风能是世界上发展清洁能源的重要组成部分，全球需求巨大并且需求量不断增加。双馈感应发电机（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）可独立调节有功无功功率，可以通过有效控制以实现最佳风能捕获，是目前主流机型。

随着风电规模和装机容量的不断扩大，风电的并网对电网的影响越来越严重。然而，目前风电技术主要针对电网发生对称故障时的研究。但实际情况下，大部分都是不对称故障，如果不考虑负序分量，很小的定子电压负序分量将造成定转子电流的不平衡，导致输向电网的功率发生振荡，这对DFIG和电网的稳定运行将造成较大的威胁[1]。因此研究DFIG在不对称故障下的控制是非常必要的。

文献[1-3]提出了双馈发电机（DFIG）在不平衡电网电压条件下，网侧和转子侧在正反旋转坐标系中的数学模型，为了降低负序分量对不平衡电网的影响，提出了4种可供选择的方案。文献[4]在电网故障时采用额定功率因数控制和最大功率点追踪控制来减少电网频率和电压的波动。文献[5]提出了一种基于抑制转子侧负序电流为目标的转子变换器控制策略。

本文重点研究电网电压发生不对称故障对DFIG转子侧造成的影响，考虑交流量中存在二倍频的影响，提出主辅电流控制结构，并利用Matlab/Simulink环境下通过一台1.5MW/690V的DFIG进行仿真，来验证主辅电流控制电路在电网不对称故障下的控制结果。

1 DFIG风电机组的工作原理及DFIG模型

双馈异步风力发电机（DFIG）结构如图1所示，具有定转子两套绕组，定子直接连接到电网，转子采用交流励磁控制。典型的DFIG系统中采用背靠背式两电平电压型PWM变换器，靠近转子侧为转子侧PWM变换器（RSC），靠近电网侧为网侧PWM变换器（GSC）。

当电网发生不对称故障时产生的负序分量将导致三相电压不平衡，任一组不对称的三相电磁量F，由瞬时对称分量理论[6]知，可以分解成三相对称的正负序分量之和。为了分析电网电压不平衡条件下DFIG的暂态过程，首先应考虑其数学模型。