双馈型风电系统安全运行的研究 - 图文

硕士学位论文

?*?urd?Rrird??slip?Lrirq??slip???u*?Ri???Li??rqrrqsliprrdslip??L2其中，??1?m

LsLr定子励磁电流的微分项为：

Lm'?sq?urd??urd1Ls（3-16） Lm'?sd?urq??urd1Ls???urd1?????u?rq1??Lm(us?Rsisd???1sq)LsLm(Rsisq???1sd)LsUs/?1Lm（3-17）

irq+?sdq?rdqPsQs计算磁链Isdq有功、无功功率P、Q计算图3-3 发电机侧变流器定子电压定向改进的控制框图

根据上面的考虑定子励磁电流动态过程的定子电压定向模型对机侧变流器进行控制，控制框图如图3-3所示，与传统的相比，控制策略中引入了定子磁链电流的微分项作为补偿项。

3.2.2 定子励磁定向的DFIG控制策略

考虑暂态下定子电流的变化，转子侧变流器采用了定子磁链定向功率外环、电流内环的双闭环

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矢量控制方式，把定子励磁电流的微分项引入，使得在故障情况下能更准确的控制双馈感应发电机，调节定子侧的有功功率和无功功率。

机端PWM变换器的功率解耦主要是通过d、q轴坐标变换来实现的。按定子磁链定向的方法就是把d轴定向在定子磁链方向如图3-4所示，?sd??s??s，?sq?0

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--irq*+?urq+PI+Q*-PIPI++-++p*ird*PIurqu?urdird+urdLRrirq??slip?Lrird??slipm?sdLLRrird??slip?Lrirqs??slipm?sqLs*urd*rqej(??r)1?SVPWM转子侧变流器-ej(?1??r)Ir?????abcIrabc?r?dt?sIs??PLLUsabceUsdqj(??r)1?Us?????abcIsabc双馈型风电系统安全运行的研究

q?r?s?s?slip?1d?r?1?r?r?s

图3-4 d轴定子磁链定向的矢量图

dIrdLm?u??L?Ri???Li?(us?Rsisd)rrrdsliprrq?rddtLs??（3-18） dILLrqmm?u??L?Rrirq??slip?Lrird??slip?sd?(usq?Rsisq??s?sd)rqr?dtLsLs?在定子磁链的定向下，DFIG的定子输出的有功功率和无功功率与转子的电流关系为

3Lm?P??s2L?s?sirq?s （3-19） ?2?Q?3?s?sLm(i??s)srd?2LsLm?从上式可以看出，采用定子磁链定向时，无功电流irq和有功电流ird分别可以用来调节DFIG定子输出的有功、无功功率，通过调节q、d的转子电流就可以实现系统的独立解耦控制。

为了使得系统消除静差，引入了积分环节，即为

?di*dird?u'??Lrd?ki*?i?k?(i*?i)dt??Lrd?rdtirprdrdirirdrdrdt? （3-20） ?*di?dirqrq'?urq??L?k?i*?i??k?(i*?i)dt??L??rdtirp?rqrq?irirqrqrdt????**式中的ird、irq分别是d、q轴的转子电流的指令值；kigp、kigi分别为转子电流

控制器的比例、积分系数.

定子磁链的定向时的转子侧PWM变换器输出的电压参考值为

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*'?urd?Rrird??slip?Lrirq?urd??urd2??*Lm'（3-21） u?Ri???Li????u??urrqsliprrdslipsdrqrd2?rqLs?L2其中，??1?m

LsLr定子励磁电流的微分项为：

Lm??u?(usd?Rsisd)?rd2Ls?（3-22） ???u?Lm(u?Ri???)rq2sqssq1sd?Ls?Us/?1LmLRrirq??slip?Lrird??slipm?sqLRrird??slip?Lrisrq*urdirq+?sdq?rdqPsQs计算磁链Isdq有功、无功功率P、Q计算图3-5 发电机侧变流器定子磁链定向改进的控制框图

根据上面的考虑定子励磁电流动态过程的定子磁链定向模型对机侧变流器进行控制，控制框图如图3-5所示，与传统的相比，控制策略中引入了定子磁链电流的微分项作为补偿项

3.3仿真研究

基于定子磁链定向的矢量控制，在电网电压恒定的情况下能够提供良好的动静态性能，但在电网电压跌落情况下，双馈感应发电机简化模型的前提己不再存在，以此为基础导出的定子磁链定向矢量控制方案的有效性也会受到影响。所以

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--irq*+?urq+PI+Q*-PIPI++-++p*ird*PIurqu?urdird+urd*rqej(?1??r)SVPWM转子侧变流器-ej(?1??r)Ir?????abcIrabc?r?dt?sIs??PLLUsabceUsdqj(??r)1?Us?????abcIsabc双馈型风电系统安全运行的研究

应依据双馈感应发电机的精确模型，对基于定子磁链定向的矢量控制方案进行改进，以提高转子侧变流器对双馈感应发电机转子电流的控制能力，提高整个风力发电机组在电网电压发生小值故障时的不间断运行能力。

在传统控制中则认为定子励磁电流的微分量为零而将其忽略。控制器改进的思路是在原来控制器的基础上，在参考电压生成处加上计及定子励磁电流变化的补偿量—定子励磁电流微分量。图 3-6 是风速13m/s 时，电网电压跌落 至80%，持续时间为 100ms 时，采用改进控制策略与传统控制策略的比较（下标为 1 的是改进控制策略波形）波形依次为发电机定子端线电压、转子侧变流器d轴电压、转子侧变流器q轴电压、转子侧变流器d轴电流、转子侧变流器q轴电流、电磁转矩和直流母线电压。

1.000.750.500.250.00-0.25-0.50-1.001.950电网电压（kv)-0.752.0002.050t(m/s)2.1002.1502.2002.2502.300

转子侧变流器d 轴电压（kv)1.251.000.750.500.250.00-0.25-0.50-0.75-1.001.90传统的改进的2.002.10t(m/s)2.202.302.402.502.60

0.60转子侧变流器q轴电压（kv)0.400.200.00-0.20-0.40-0.60-0.80-1.00-1.201.902.002.102.202.30传统的改进的t(m/s)2.402.502.60

转子侧变流器d轴电流（kv)0.400.300.200.100.00-0.10-0.20-0.301.902.002.102.202.302.402.502.60传统的改进的t(m/s)

转子侧变流器q轴电流（kv)0.800.700.600.500.400.300.200.101.902.002.102.202.302.402.502.60传统的改进的t(m/s)

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