雙饋風力發(fā)電機組恒電壓控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制

雙饋風力發(fā)電機組恒電壓控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制

作者：金博

來源：《建筑工程技術(shù)與設(shè)計》2014年第10期

【摘要】雙饋感應電機（DFIG）在恒電壓運行方式下能夠發(fā)出無功功率，提供電壓支持。本文通過對雙饋風力發(fā)電機的恒電壓控制系統(tǒng)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI整定原理的研究，分析了風速變化和電網(wǎng)電壓跌落對恒電壓控制系統(tǒng)和風電機組機端電壓的影響，然后建立

matlab/simulink模型對經(jīng)典PI控制進行仿真。結(jié)果表明，在風速變化和電網(wǎng)電壓跌落時，能夠提高雙饋風電機組的并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性并減小響應時間，實現(xiàn)了PI參數(shù)的自適應調(diào)整。

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

引言

風能是一種潔凈的可再生能源，在當今能源和環(huán)境問題日益受到關(guān)注的情況下，風能發(fā)電越來越受到人們的重視。風電機組的輸出功率受風速和風向的影響，由于風速和風向的隨機性和可變性的特點，使得風電機組輸出的功率是隨時間變化的，同時大型風電場一般處于偏遠地區(qū)，其輸出功率的變化將給風電場并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定帶來不利的影響。對于風電比例較高的電力系統(tǒng)，當電網(wǎng)電壓跌落到一定值的時候，風電機組的'解列可能造成電網(wǎng)電壓和頻率的崩潰，從而帶來諸多不利后果[1]。因此《風電接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中明確要求并網(wǎng)風電場應配置無功-電壓控制系統(tǒng)，能夠控制并網(wǎng)點電壓在額定電壓的97%～107%。

DFIG有恒功率因數(shù)和恒電壓控制兩種運行方式，雙饋式風電場采用恒電壓控制方式能夠為電網(wǎng)提供電壓支持[2-3]。文獻[4]分別說明了恒功率因數(shù)和恒電壓運行方式下機組的無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)第一文庫網(wǎng)運行方式具有更大的優(yōu)越性，但沒有分析在風速變化和電網(wǎng)故障情況下如何優(yōu)化恒電壓運行。文獻[5]研究了基于DFIG的定子磁鏈定向矢量控制，說明在恒功率控制方式下并網(wǎng)系統(tǒng)電壓比傳統(tǒng)的異步風力發(fā)電機更為穩(wěn)定，但沒有進行恒電壓控制方式下雙饋風電機組并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的研究。文獻[6]提出了用奈奎斯特約束算法設(shè)計最優(yōu)PI控制參數(shù)，但不能在風速變化和電網(wǎng)故障的情況下實現(xiàn)自適應控制。文獻[7]引入等值風速作為前饋控制，對恒電壓控制進行改進，該方法有效抑制了由于風速變化導致的電壓波動。

1、雙饋異步發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型

2、恒電壓控制系統(tǒng)基本原理

由以上分析得雙饋發(fā)電機定子磁鏈定向的矢量控制，實現(xiàn)了功率的解耦控制，因此雙饋發(fā)電機采用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器來實現(xiàn)機端電壓的控制。風電場輸送給電網(wǎng)的無功功率 可由（4），

（5）推得：

（6）

將（6）式中的轉(zhuǎn)子電流分量 分為兩個部分，一部分為發(fā)電機的勵磁電流 ，另一部分 用于控制與電網(wǎng)交換的無功功率。總的無功功率也可以分為 和 兩部分。由此可得：

（7）

由于機端電壓會隨注入電網(wǎng)的無功功率的變化而變化，因此恒電壓控制必須滿足2個要求：

（1）由DFIG消耗的無功功率應當由 補償；

（2）與參考值相比較，若機端電壓過高或過低時， 應做出相應的調(diào)節(jié)。

因此，在恒電壓控制方式下，當電網(wǎng)電壓有很小的變化時， 會作出相應的調(diào)節(jié)，增發(fā)或減發(fā)無功功率，從而維持了機端電壓近似不變。圖1是恒電壓運行方式的無功控制原理圖。

3、結(jié)論

本文基于雙饋風電機組穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，采用定子磁鏈定向的矢量控制方法，實現(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模型對經(jīng)典PI控制兩種控制方法進行仿真，研究風速變化和電網(wǎng)電壓跌落對恒電壓控制系統(tǒng)和雙饋風電機組機端電壓的影響。

參考文獻

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