不對稱故障下主輔電流控制對雙饋電機轉子側變換器的研究

胡柳 宋平崗

摘要：在不對稱電網故障下，建立了雙饋感應風力發電機組（DFIG）的模型，提出了轉子側主輔電流控制電路。通過控制電磁轉矩，實現DFIG的不間斷運行。并在Matlab/Simulink中對一臺1.5MW/690V的DFIG機組進行了仿真，驗證了不對稱電網電壓跌落時主輔電流控制電路的可行性。

關鍵詞：DFIG；不對稱故障；主輔電流控制

引言

隨著全球生產力發展和科技快速進步，對能源需求與日俱增，環境日益惡化，因此，越來越多的人們關注可再生能源。風力發電對環境沒有污染，安裝快速，因此開發利用風能是世界上發展清潔能源的重要組成部分，全球需求巨大并且需求量不斷增加。雙饋感應發電機（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）可獨立調節有功無功功率，可以通過有效控制以實現最佳風能捕獲，是目前主流機型。

隨著風電規模和裝機容量的不斷擴大，風電的并網對電網的影響越來越嚴重。然而，目前風電技術主要針對電網發生對稱故障時的研究。但實際情況下，大部分都是不對稱故障，如果不考慮負序分量，很小的定子電壓負序分量將造成定轉子電流的不平衡，導致輸向電網的功率發生振蕩，這對DFIG和電網的穩定運行將造成較大的威脅[1]。因此研究DFIG在不對稱故障下的控制是非常必要的。

文獻[1-3]提出了雙饋發電機（DFIG）在不平衡電網電壓條件下，網側和轉子側在正反旋轉坐標系中的數學模型，為了降低負序分量對不平衡電網的影響，提出了4種可供選擇的方案。文獻[4]在電網故障時采用額定功率因數控制和最大功率點追蹤控制來減少電網頻率和電壓的波動。文獻[5]提出了一種基于抑制轉子側負序電流為目標的轉子變換器控制策略。

本文重點研究電網電壓發生不對稱故障對DFIG轉子側造成的影響，考慮交流量中存在二倍頻的影響，提出主輔電流控制結構，并利用Matlab/Simulink環境下通過一臺1.5MW/690V的DFIG進行仿真，來驗證主輔電流控制電路在電網不對稱故障下的控制結果。

1 DFIG風電機組的工作原理及DFIG模型

雙饋異步風力發電機（DFIG）結構如圖1所示，具有定轉子兩套繞組，定子直接連接到電網，轉子采用交流勵磁控制。典型的DFIG系統中采用背靠背式兩電平電壓型PWM變換器，靠近轉子側為轉子側PWM變換器（RSC），靠近電網側為網側PWM變換器（GSC）。

當電網發生不對稱故障時產生的負序分量將導致三相電壓不平衡，任一組不對稱的三相電磁量F，由瞬時對稱分量理論[6]知，可以分解成三相對稱的正負序分量之和。為了分析電網電壓不平衡條件下DFIG的暫態過程，首先應考慮其數學模型。