雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組恒電壓控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組恒電壓控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制

作者：金博

來(lái)源：《建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)》2014年第10期

【摘要】雙饋感應(yīng)電機(jī)（DFIG）在恒電壓運(yùn)行方式下能夠發(fā)出無(wú)功功率，提供電壓支持。本文通過(guò)對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的恒電壓控制系統(tǒng)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI整定原理的研究，分析了風(fēng)速變化和電網(wǎng)電壓跌落對(duì)恒電壓控制系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓的影響，然后建立

matlab/simulink模型對(duì)經(jīng)典PI控制進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，在風(fēng)速變化和電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，能夠提高雙饋風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性并減小響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了PI參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整。

【關(guān)鍵字】雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)；恒電壓控制系統(tǒng)；雙閉環(huán)控制

引言

風(fēng)能是一種潔凈的可再生能源，在當(dāng)今能源和環(huán)境問(wèn)題日益受到關(guān)注的情況下，風(fēng)能發(fā)電越來(lái)越受到人們的重視。風(fēng)電機(jī)組的輸出功率受風(fēng)速和風(fēng)向的影響，由于風(fēng)速和風(fēng)向的隨機(jī)性和可變性的特點(diǎn)，使得風(fēng)電機(jī)組輸出的功率是隨時(shí)間變化的，同時(shí)大型風(fēng)電場(chǎng)一般處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，其輸出功率的變化將給風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定帶來(lái)不利的影響。對(duì)于風(fēng)電比例較高的電力系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落到一定值的時(shí)候，風(fēng)電機(jī)組的解列可能造成電網(wǎng)電壓和頻率的崩潰，從而帶來(lái)諸多不利后果[1]。因此《風(fēng)電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中明確要求并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)配置無(wú)功-電壓控制系統(tǒng)，能夠控制并網(wǎng)點(diǎn)電壓在額定電壓的97%～107%。

DFIG有恒功率因數(shù)和恒電壓控制兩種運(yùn)行方式，雙饋式風(fēng)電場(chǎng)采用恒電壓控制方式能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供電壓支持[2-3]。文獻(xiàn)[4]分別說(shuō)明了恒功率因數(shù)和恒電壓運(yùn)行方式下機(jī)組的無(wú)功功率和電壓控制策略，提出了恒電壓控制方式在改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性方面比恒功率因數(shù)第一文庫(kù)網(wǎng)運(yùn)行方式具有更大的優(yōu)越性，但沒(méi)有分析在風(fēng)速變化和電網(wǎng)故障情況下如何優(yōu)化恒電壓運(yùn)行。文獻(xiàn)[5]研究了基于DFIG的定子磁鏈定向矢量控制，說(shuō)明在恒功率控制方式下并網(wǎng)系統(tǒng)電壓比傳統(tǒng)的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)更為穩(wěn)定，但沒(méi)有進(jìn)行恒電壓控制方式下雙饋風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的研究。文獻(xiàn)[6]提出了用奈奎斯特約束算法設(shè)計(jì)最優(yōu)PI控制參數(shù)，但不能在風(fēng)速變化和電網(wǎng)故障的情況下實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。文獻(xiàn)[7]引入等值風(fēng)速作為前饋控制，對(duì)恒電壓控制進(jìn)行改進(jìn)，該方法有效抑制了由于風(fēng)速變化導(dǎo)致的電壓波動(dòng)。

1、雙饋異步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型

2、恒電壓控制系統(tǒng)基本原理

由以上分析得雙饋發(fā)電機(jī)定子磁鏈定向的矢量控制，實(shí)現(xiàn)了功率的解耦控制，因此雙饋發(fā)電機(jī)采用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)端電壓的控制。風(fēng)電場(chǎng)輸送給電網(wǎng)的無(wú)功功率 可由（4），

（5）推得：

（6）

將（6）式中的轉(zhuǎn)子電流分量 分為兩個(gè)部分，一部分為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流 ，另一部分 用于控制與電網(wǎng)交換的無(wú)功功率�？偟臒o(wú)功功率也可以分為 和 兩部分。由此可得：

（7）

由于機(jī)端電壓會(huì)隨注入電網(wǎng)的無(wú)功功率的變化而變化，因此恒電壓控制必須滿(mǎn)足2個(gè)要求：

（1）由DFIG消耗的無(wú)功功率應(yīng)當(dāng)由 補(bǔ)償；

（2）與參考值相比較，若機(jī)端電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)， 應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

因此，在恒電壓控制方式下，當(dāng)電網(wǎng)電壓有很小的變化時(shí)， 會(huì)作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，增發(fā)或減發(fā)無(wú)功功率，從而維持了機(jī)端電壓近似不變。圖1是恒電壓運(yùn)行方式的無(wú)功控制原理圖。

3、結(jié)論

本文基于雙饋風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，采用定子磁鏈定向的矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)了功率的解耦控制，并分析了恒電壓控制系統(tǒng)和PI參數(shù)整定的基本原理。建立matlab/simulink模型對(duì)經(jīng)典PI控制兩種控制方法進(jìn)行仿真，研究風(fēng)速變化和電網(wǎng)電壓跌落對(duì)恒電壓控制系統(tǒng)和雙饋風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓的影響。

參考文獻(xiàn)

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