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基于正负序的双dq 电流控制策略的双馈风电机组研究

2024-05-13李巧琦马丽军

通信电源技术 2024年4期
关键词:负序双馈线电压

李巧琦,马丽军

(南通理工学院,江苏 南通 226000)

0 引 言

目前,有大量的文献研究双馈风电机组电网电压的正常情况,同时有大量文献研究双馈感应电机(Double Fed Induction Generator,DFIG)风力发电系统的数学模型和控制策略[1-2]。当电网发生不对称故障时,采用传统控制策略的网侧变换器将产生2 倍频的有功信号和无功信号[3-4]。这些2 倍频变化将被反馈回直流侧,引起直流母线的负荷变化,从而造成整个电网的负荷变化。通过深入的分析和探索,发现采取双重电流控制策略可以有效减少负序电流,改善电网的运行状态[5]。同时,采用双重旋转坐标系下的双电流控制策略,可以进一步稳定直流母线电压并降低直流侧波动。

1 不平衡电网电压对网侧变换器的影响

DFIG 双馈风电系统中,网侧逆变器的主要功能是控制直流母线电压保持在恒定数值。然而当三相电网工作在不平衡状态时,脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)变换器开关对应的触发角度会发生不对称的情况,导致PWM 变换器中非特征谐波的含量增加。当电网中出现电压不平衡时,通过对传统网侧变换器控制策略的仿真研究,发现在系统初始状态下,电网电压三相平衡且没有负序和零序分量,DFIG 网侧变换器会产生瞬时有功功率Pg和无功功率Qg等[6]。经过分析,当三相短路时,直流母线电压明显包含2 倍频波动,影响DFIG 风力发电系统的稳定性。

2 电网电压不对称时抑制负序电流的控制策略

2.1 外环设计

为确保三相电网电流的稳定性,采取负序电流的抑制策略至关重要。负序电流的参考值为

2.2 内环设计

在内环设计方面,文章提出一种基于电流前馈解耦的PI 控制器。该控制器针对三相逆变器的正负序电流,提出前反馈解耦算法的设计,表达式为

3 基于正负序的双dq 电流控制策略

3.1 基于正负序的双dq 电流控制策略工作原理

当电网处于非稳定状态时,传统PI 控制策略不能充分反映负序分量的变化,导致变换器产生的瞬间有功功率和无功功率变化超出正常范围,影响系统性能。交流侧的功率发生剧烈波动,将影响变换器的直流端,使直流母线电压出现振荡。为维持这一状态,将稳定的有功功率输入电网,消除振荡,使二次谐波为零。将负序电流指令值设置为0,在保证单位功率因数的情况下使用变换器。该指令值通常用来描述变换器的瞬时值,即

式中:pg0为交流侧平均有功功率;D为控制器常数。当电网电压失去均匀性时,采用三相PWM 整流电路来抑制二次谐波很有必要。将相应的负序分量添加到整流电路中,能够有效降低二次谐波,实现对直流电压二次谐波的有效控制[8]。

在使用PI 控制器的情况下,三相PWM 整流器的输出与直流指令相对应。三相PWM 整流器的直流电流可以表示为

三相PWM 整流器平均有功功率为

通过对三相PWM 整流器正负序电流的无静差控制,可以实现对直流电压二次谐波的有效控制。

3.2 基于正负序旋转坐标系下双电流控制系统的仿真分析

通过使用双馈风力发电系统模型,得到输出直流电压波形如图1 所示。

图1 输出直流电压波形

从图1 可以看出:在0.2 s 接入A 相短路故障,直流母线电压出现波动;在0.6 s 加入本控制策略后,母线电压的倍频分量得到抑制。综合分析,采用双电流控制策略将这种变化降至最低,稳定性较好。

4 结 论

通过基于电流前反馈解耦的PI 控制器的电网电压分离方法,可以有效解决电力系统的电压不均匀问题,优化DFIG 的动态稳定性。经过MATLAB/Simulink 的模拟仿真,成功将DFIG 风力发电机的运行状态调节至预期的最佳状态,实现DFIG 风电机组的稳定性控制。

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