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：《建筑工程技術與設計》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神經網絡PI整定原理的研究，分析了風速變化和電網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模型對經典PI控制進行仿真。結果表明，在風速變化和電網電壓跌落時，能夠提高雙饋風電機組的并網電壓的穩(wěn)定性并減小響應時間，實現了PI參數的自適應調整。

【關鍵字】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)，當電網電壓跌落到一定值的時候，風電機組的解列可能造成電網電壓和頻率的崩潰，從而帶來諸多不利后果[1]。因此《風電接入電網技術規(guī)定》中明確要求并網風電場應配置無功-電壓控制系統(tǒng)，能夠控制并網點電壓在額定電壓的97%～107%。

DFIG有恒功率因數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提供電壓支持[2-3]。文獻[4]分別說明了恒功率因數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第一文庫網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計最優(yōu)PI控制參數，但不能在風速變化和電網故障的情況下實現自適應控制。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，實現了功率的解耦控制，因此雙饋發(fā)電機采用轉子側變流器來實現機端電壓的控制。風電場輸送給電網的無功功率 可由（4），

（5）推得：

（6）

將（6）式中的轉子電流分量 分為兩個部分，一部分為發(fā)電機的勵磁電流 ，另一部分 用于控制與電網交換的無功功率�？偟臒o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， 應做出相應的調節(jié)。

因此，在恒電壓控制方式下，當電網電壓有很小的變化時， 會作出相應的調節(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、結論

本文基于雙饋風電機組穩(wěn)態(tài)數學模型，采用定子磁鏈定向的矢量控制方法，實現了功率的解耦控制，并分析了恒電壓控制系統(tǒng)和PI參數整定的基本原理。建立matlab/simulink模型對經典PI控制兩種控制方法進行仿真，研究風速變化和電網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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