基于正負序的雙dq 電流控制策略的雙饋風電機組研究

李巧琦，馬麗軍

（南通理工學院，江蘇 南通 226000）

0 引 言

目前，有大量的文獻研究雙饋風電機組電網電壓的正常情況，同時有大量文獻研究雙饋感應電機（Double Fed Induction Generator，DFIG）風力發電系統的數學模型和控制策略[1-2]。當電網發生不對稱故障時，采用傳統控制策略的網側變換器將產生2 倍頻的有功信號和無功信號[3-4]。這些2 倍頻變化將被反饋回直流側，引起直流母線的負荷變化，從而造成整個電網的負荷變化。通過深入的分析和探索，發現采取雙重電流控制策略可以有效減少負序電流，改善電網的運行狀態[5]。同時，采用雙重旋轉坐標系下的雙電流控制策略，可以進一步穩定直流母線電壓并降低直流側波動。

1 不平衡電網電壓對網側變換器的影響

DFIG 雙饋風電系統中，網側逆變器的主要功能是控制直流母線電壓保持在恒定數值。然而當三相電網工作在不平衡狀態時，脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）變換器開關對應的觸發角度會發生不對稱的情況，導致PWM 變換器中非特征諧波的含量增加。當電網中出現電壓不平衡時，通過對傳統網側變換器控制策略的仿真研究，發現在系統初始狀態下，電網電壓三相平衡且沒有負序和零序分量，DFIG 網側變換器會產生瞬時有功功率Pg和無功功率Qg等[6]。經過分析，當三相短路時，直流母線電壓明顯包含2 倍頻波動，影響DFIG 風力發電系統的穩定性。

2 電網電壓不對稱時抑制負序電流的控制策略

2.1 外環設計

為確保三相電網電流的穩定性，采取負序電流的抑制策略至關重要。負序電流的參考值為

2.2 內環設計

在內環設計方面，文章提出一種基于電流前饋解耦的PI 控制器。該控制器針對三相逆變器的正負序電流，提出前反饋解耦算法的設計，表達式為

3 基于正負序的雙dq 電流控制策略

3.1 基于正負序的雙dq 電流控制策略工作原理

當電網處于非穩定狀態時，傳統PI 控制策略不能充分反映負序分量的變化，導致變換器產生的瞬間有功功率和無功功率變化超出正常范圍，影響系統性能。交流側的功率發生劇烈波動，將影響變換器的直流端，使直流母線電壓出現振蕩。為維持這一狀態，將穩定的有功功率輸入電網，消除振蕩，使二次諧波為零。將負序電流指令值設置為0，在保證單位功率因數的情況下使用變換器。該指令值通常用來描述變換器的瞬時值，即

式中：pg0為交流側平均有功功率；D為控制器常數。當電網電壓失去均勻性時，采用三相PWM 整流電路來抑制二次諧波很有必要。將相應的負序分量添加到整流電路中，能夠有效降低二次諧波，實現對直流電壓二次諧波的有效控制[8]。

在使用PI 控制器的情況下，三相PWM 整流器的輸出與直流指令相對應。三相PWM 整流器的直流電流可以表示為

三相PWM 整流器平均有功功率為

通過對三相PWM 整流器正負序電流的無靜差控制，可以實現對直流電壓二次諧波的有效控制。

3.2 基于正負序旋轉坐標系下雙電流控制系統的仿真分析

通過使用雙饋風力發電系統模型，得到輸出直流電壓波形如圖1 所示。

圖1 輸出直流電壓波形

從圖1 可以看出：在0.2 s 接入A 相短路故障，直流母線電壓出現波動；在0.6 s 加入本控制策略后，母線電壓的倍頻分量得到抑制。綜合分析，采用雙電流控制策略將這種變化降至最低，穩定性較好。

4 結 論

通過基于電流前反饋解耦的PI 控制器的電網電壓分離方法，可以有效解決電力系統的電壓不均勻問題，優化DFIG 的動態穩定性。經過MATLAB/Simulink 的模擬仿真，成功將DFIG 風力發電機的運行狀態調節至預期的最佳狀態，實現DFIG 風電機組的穩定性控制。