電網(wǎng)故障期間雙饋風(fēng)力發(fā)電機的魯棒去磁控制方案

　　摘 要：本文論述了雙饋式風(fēng)力發(fā)電機不依賴于系統(tǒng)參數(shù)的魯棒去磁控制。雙饋式電機定子與電網(wǎng)直接相連，對電網(wǎng)擾動十分敏感。去磁控制加快了由電網(wǎng)故障引起的定子自然磁鏈的衰減，提升了雙饋式發(fā)電機性能。由于不需要額外的硬件配置，該控制方案便于廣泛使用。然而傳統(tǒng)去磁控制與雙饋式發(fā)電機自身參數(shù)相關(guān)，受到系統(tǒng)參數(shù)變化的影響。改進后的魯棒去磁控制方案只需要定子電流，魯棒性較強。本文通過仿真證明了這種改進控制方案的有效性，并且對比驗證了它的優(yōu)勢。
　　關(guān)鍵詞：去磁控制，磁鏈，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機，低電壓穿越
　　1.介紹
　　在過去的幾十年里，風(fēng)能的利用得到大幅增長。如今，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(DFIG)是兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機中使用最廣泛的一種。它可以調(diào)速并對有功、無功解耦控制，而且，變流器工作在額定功率的25%–30%，與使用大型變流器的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電相比更能夠滿足體積小、重量輕、消耗少、損耗低的要求[1]。
　　傳統(tǒng)方式中，當(dāng)檢測到電網(wǎng)故障，雙饋式發(fā)電機便會斷開與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的連接進行自我保護。當(dāng)風(fēng)能在系統(tǒng)中所占比例不高時，脫網(wǎng)影響不大。但是隨著風(fēng)場容量的不斷增長，電網(wǎng)要求風(fēng)電場在一定故障條件下與電網(wǎng)保持連接。這就是低電壓穿越(LVRT)要求。
　　低電壓穿越對于雙饋式風(fēng)力發(fā)電場很難實現(xiàn)。由于雙饋式發(fā)電機與電網(wǎng)直接相連，電網(wǎng)對稱故障引起的定子電壓跌落會產(chǎn)生定子磁鏈直流分量[3]。對于不對稱電網(wǎng)故障，還會引起負序磁鏈[4]。負序磁鏈和定子磁鏈直流分量會在轉(zhuǎn)子側(cè)感生出大電壓，引起轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的過調(diào)制，同時還會引起電磁轉(zhuǎn)矩波動和損耗。如果不對轉(zhuǎn)子側(cè)感生電壓進行有效抑制，轉(zhuǎn)子回路中的大瞬態(tài)電流會損壞電力電子變流器并導(dǎo)致轉(zhuǎn)子
　　變流器與風(fēng)力發(fā)電機的脫離?，F(xiàn)有辦法是在轉(zhuǎn)子側(cè)安裝一個撬棒電路[5], [6]來解決低電壓穿越問題。作為一種相對保守的保護，當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)子側(cè)的過電流，撬棒電路會短路轉(zhuǎn)子側(cè)，同時封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變流器觸發(fā)信號。但是，雙饋感應(yīng)發(fā)電機也就變成了一個普通的感應(yīng)電機，需要吸收無功。因此我們有時也會在雙饋式感應(yīng)電機端口安裝一個動態(tài)無功補償裝置來提供給電網(wǎng)無功[7]。解決低電壓穿越問題的方案包括已經(jīng)提出的采用額外的電力電子變壓器[8-10]，并聯(lián)動態(tài)電阻[11]等。但是，這些方案或者成本太高，或者控制過于復(fù)雜，尚未得到廣泛應(yīng)用。去磁控制是Xiang 等人在[12]抵消由電網(wǎng)故障引起的定子磁鏈中首次提出的。由Lopez 等人在[13]，[14]中進一步聯(lián)合了撬棒電路來滿足低電壓穿越的要求?，F(xiàn)已證明去磁控制確實能加快定子直流磁鏈的衰減，提升雙饋式發(fā)電機性能，并且它不需要額外的硬件配置，便于廣泛使用。但是，在定子直流磁鏈的估算中需要知道定子阻值大小，而定子阻值又會隨著工作條件的變化而變化，影響了傳統(tǒng)去磁控制的效果。Liang等人在[15]中采用虛擬電阻減弱系統(tǒng)參數(shù)變化的影響，但是定子電阻值依然是必須的。本文給出了魯棒去磁控制方案，改進的控制僅僅需要定子電流信息，不依賴系統(tǒng)參數(shù)，因此不會受到系統(tǒng)參數(shù)變化的影響。本文同時對傳統(tǒng)以及魯棒控制方案進行理論分析，說明了兩種控制方案的本質(zhì)是相同的。本文也討論了去磁控制對定子電流的影響。仿真結(jié)果證實了改進后的控制方案的有效性。
　　2.雙饋式發(fā)電機(DFIG)模型和電網(wǎng)故障響應(yīng)