山东科技大学,山东 青岛 266590
摘要：随着国内风电装机容量的逐年增大，风电机组与电网之间的相互影响愈加显著，尤其是电网发生电压跌落时，如果风电场整体切出电网会给电网造成严重的功率冲击。随着电网容量的不断增大，电网不对称故障发生的几率越来越大，对双馈式风电机组的影响也越来越显著。基于此，本文针对电网不对称故障对双馈式风电机组的影响展开讨论。
关键词：风电机组；电网；不对称故障；双馈式
1双馈风电机组
双馈风电机组（DFIG）以其可变速恒频运行、有功和无功功率独立可调及励磁变流器容量小（仅占系统容量的30%左右）等优点，已成为MW级并网风力发电机组的主流机型。近年来，随着以DFIG风电机组为主干的大型并网风电场装机容量不断提升，使得该类发电机组与电网的相互影响变得越来越大。为保证电力系统的安全、可靠运行，世界各地电网公司及电网运营商纷纷修改其电网规程，要求并网风电机组需像常规能源一样在电网故障期间亦能对电网提供有效支持，这就对并网运行的风电机组提出了最严峻的考验。而双馈风电机组定子侧与电网直接相连的结构特性决定了其对电网扰动尤其是电网故障异常敏感。若故障期间未采取有效措施，极易危及DFIG机组的安全运行。
2不对称故障下DFIG的数学模型
本文所分析的电网不对称故障是指电网故障引起的不对称电压跌落的情况。不对称电压跌落的情况与对称电压跌落的情况相比，不但种类多样而且理论推导也较为复杂。总的来说，不对称故障主要包括单相跌落故障、两相跌落故障、相间短路故障等。不对称跌落使得电网电压矢量中不仅含有基波分量，还含有负序分量甚至零序分量。为了简化起见，假定电网正序分量、零序分量和负序分量的线路阻抗均相等。由于双馈电机通常不含有中线，可不考虑零序分量的影响。在电网发生不对称跌落故障时，为了简化分析过程，引入了电网电压不平衡度εv，双馈电机的定子电压可表述为(1)式；由双馈电机的数学模型可知双馈电机的磁链方程为(2)式。
对（4）式求解可得式（5），从式（5）可以看出，当电网发生不对称故障时，在双馈电机的定子磁链中不但含有正序分量，还含有负序分量以及因负序分量而引起的直流分量，这些量的增加势必会增大过渡过程中定子磁链的幅值。
3 PIR前馈矢量控制方法
3.1比例积分谐振电流调节器的设计
由于传统的矢量控制策略是按照电网理想条件下设计的比例积分电流控制器，只能对直流量进行无静差调节，不能对故障期间引入的交流量的调节提供足够的幅值和相位增益。所以在传统的矢量控制基础上增加一个1倍和2倍频谐振点，从而使得设计的PIR（比例积分谐振）控制器可以在预期的二倍频点上可以实现无静差调节，可以很好的控制各变量的二倍频波动。PIR控制器是通过在传统的PI控制器上并联谐振控制器得到的，当双馈电机所处电网环境为频率存在一定波动的弱电网时，电网交流频率发生微小波动时，其增益会剧烈衰减，所以在理想谐振调节器上加入了截止频率为ωc的衰减项，可以增大谐振频率的谐振范围，并且并联了两个谐振调节器，谐振频率分别为ω1，2ω1。1倍频谐振调节器用于抑制电压跌落的瞬态扰动，2倍频谐振调节器用于抑制负序电压分量引入的连续扰动。
3.2基于PIR的转子侧矢量控制方法
由DFIG定、转子电压方程推导可得转子dq轴电压参考值为(6)式。(6)式中：u为转子电压；i为电流；φ磁链；下标rd，rq分别代表转子dq轴分量；Lm，Ls，Lr为定转子互感、定子自感、转子自感；Rs为定子阻抗；σ为发电机的漏磁系数；Krp，Kri，Krr分别为比例、积分、谐振系数。根据式（6）可得转子转速ωr旋转坐标系中，包含正负序分量在内的转子侧变换器控制电压参考值。若设计定子输出功率的单闭环控制器，则控制器转子电流参考值为(7)式。根据式（6）、（7）可设计出不平衡电网电压条件下转子侧变换器的PIR功率单闭环矢量控制。
4结束语
综上所述，本文研究了双馈风电机组的特点，并建立了不对称故障下DFIG的数学模型，由于传统的矢量控制策略不能对故障期间引入的交流量的调节提供足够的幅值和相位增益，因此提出了PIR前馈矢量控制方法，从而可以很好的控制各变量的二倍频波动。
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论文作者:邵立,许明鑫,孙玉涛
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/22
标签：电网论文; 故障论文; 谐振论文; 机组论文; 电压论文; 分量论文; 转子论文; 《电力设备管理》2017年第8期论文;