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目前风电正处于稳定上升的发展趋势,因其绿色清洁的能源优势迅速成为建设低碳电网的重要组成部分。随着电网中风电机组高比例大规模的持续渗透,电网的安全稳定运行面临着更多严峻挑战。风电机组由于故障电压穿越能力薄弱而造成大面积连锁脱网的问题较为突出,有必要完善对风电系统低、高电压穿越技术的研究。本文重点关注双馈异步风力发电系统高电压穿越(HVRT)控制策略的研究,辅之以低电压穿越(LVRT)的相关讨论。
首先从发电机角度出发,对双馈异步发电机(DFIG)数学模型做出简要介绍,深入探讨了定子电压、定子磁链和输出无功功率间存在的紧密联系,并对正常运行条件下DFIG采用的传统矢量解耦控制策略进行阐述,为后续设计风电系统故障电压穿越技术提供了切入点。
针对电网电压骤升时定子磁链的动态变化过程不能被轻易忽略,本文提出一种改进的瞬时磁链补偿控制策略。在电流闭环中引入瞬时磁链前馈补偿,以对转子电压指令值进行修正,该补偿项为正比例系数与瞬时定子磁链的乘积。由于引入的瞬时磁链补偿项能够体现出用同轴分量间接消除对轴分量带来的交叉耦合作用,及时跟踪磁链变化,所以提出的控制方案可以有效抑制网侧电压骤升时对风电系统造成的暂态影响,加快故障期间机端电压、定子磁链和电磁转矩的振荡衰减速度,改善了高电压运行条件下控制系统的动态性能。这种改进的控制策略算法简单,易于实现。通过MATLAB/Simulink仿真分析,验证了所提出控制策略在电网电压对称及不对称骤升条件下的有效性。
进一步,为同时应对网侧电压故障时在机侧所引起的暂态及稳态影响,有效降低故障期间DFIG机端电压的变化幅度,本文设计出一种基于动态电压指令值变化的高低电压穿越控制策略。在明确定子电压幅值稳态变化量和定子磁链幅值稳态变化量间的关系后,类比数学极限划分思想,通过缩短时间尺度,提出小时间窗口下利用稳态关系去近似处理暂态过渡过程的控制思路。利用瞬时定子磁链直接计算得到定子电压指令值,达到不同运行条件下动态更新电压指令值的目的,间接调节了风电机组的无功输出,进而可以减小故障期间机侧电压的变化幅度。仿真结果表明,所提出的控制策略能够加快暂态过程衰减速度,快速向电网输出无功功率,促使风电系统在故障穿越期间迅速进入新稳态,做到了暂稳态控制策略与高低电压穿越控制策略上的统一。
首先从发电机角度出发,对双馈异步发电机(DFIG)数学模型做出简要介绍,深入探讨了定子电压、定子磁链和输出无功功率间存在的紧密联系,并对正常运行条件下DFIG采用的传统矢量解耦控制策略进行阐述,为后续设计风电系统故障电压穿越技术提供了切入点。
针对电网电压骤升时定子磁链的动态变化过程不能被轻易忽略,本文提出一种改进的瞬时磁链补偿控制策略。在电流闭环中引入瞬时磁链前馈补偿,以对转子电压指令值进行修正,该补偿项为正比例系数与瞬时定子磁链的乘积。由于引入的瞬时磁链补偿项能够体现出用同轴分量间接消除对轴分量带来的交叉耦合作用,及时跟踪磁链变化,所以提出的控制方案可以有效抑制网侧电压骤升时对风电系统造成的暂态影响,加快故障期间机端电压、定子磁链和电磁转矩的振荡衰减速度,改善了高电压运行条件下控制系统的动态性能。这种改进的控制策略算法简单,易于实现。通过MATLAB/Simulink仿真分析,验证了所提出控制策略在电网电压对称及不对称骤升条件下的有效性。
进一步,为同时应对网侧电压故障时在机侧所引起的暂态及稳态影响,有效降低故障期间DFIG机端电压的变化幅度,本文设计出一种基于动态电压指令值变化的高低电压穿越控制策略。在明确定子电压幅值稳态变化量和定子磁链幅值稳态变化量间的关系后,类比数学极限划分思想,通过缩短时间尺度,提出小时间窗口下利用稳态关系去近似处理暂态过渡过程的控制思路。利用瞬时定子磁链直接计算得到定子电压指令值,达到不同运行条件下动态更新电压指令值的目的,间接调节了风电机组的无功输出,进而可以减小故障期间机侧电压的变化幅度。仿真结果表明,所提出的控制策略能够加快暂态过程衰减速度,快速向电网输出无功功率,促使风电系统在故障穿越期间迅速进入新稳态,做到了暂稳态控制策略与高低电压穿越控制策略上的统一。