基于協(xié)同控制的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)不平衡控制技術(shù)研究

1、基于協(xié)同控制的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)不平衡控制技術(shù)研究王勝楠,梁 暉(北京交通大學國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心，北京市 100044)摘要:本文建立了電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下雙饋感應(yīng)發(fā)電機機側(cè)變流器及網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學模 型，通過對機側(cè)變流器數(shù)學模型的分析得出了其控制局限性的原因，而網(wǎng)側(cè)變流器自身的 控制自由度較高，因此可以對機側(cè)變流器控制的不足進行彌補，從而實現(xiàn)二者的協(xié)同控制。 基于此本文設(shè)計了一種機側(cè)網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制策略，在機側(cè)變流器消除輸出轉(zhuǎn)矩脈動的基礎(chǔ)上 協(xié)同網(wǎng)側(cè)變流器共同消除了并網(wǎng)功率的脈動，平穩(wěn)了直流母線電壓。仿真研究驗證了上述 分析的正確性以及協(xié)同控制的可行性。關(guān)鍵詞:雙饋風力發(fā)電機; 不平衡

2、電網(wǎng)電壓; 協(xié)同控制Control of the DFIG Wind Power Generating System Based on Coordinated Control Under Unbalance Gird Voltage ConditionsWANG Shengnan, LIANG Hui(School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China)Abstract: This paper presents a mathematical model for the rotor

3、 side converter and gird side converter of the doubly-fed induction generator (DFIG) under unbalance gird-voltage conditions. The reason why the rotor side converter has its limitation can be obtained by the analysis result of the mathematical model, because of the high freedom degree of the gird si

4、de converter, the coordinated control of the gird side and the rotor side converter can be realized by using the gird side converter to compensate the rotor side. Based on the above results, this paper proposes a coordinated unbalanced control schemes, that the rotor side converters aim is taking th

5、e pulsations of electromagnetic torque, and the gird side converter can smooth the total output power and the DC bus voltage. Simulation demonstrates the exactitude and effectiveness of the proposed control algorithm.Key words: doubly-fed generator; unbalance gird voltage; coordinated control0 引言近些年

6、，隨著雙饋感應(yīng)發(fā)電機（doubly-fed induction generator,DFIG）風電機組的大量投入使用， 使得其在電網(wǎng)電壓故障下的穿越運行及增強 DFIG 在不平衡電網(wǎng)電壓下的運行性能成為了國際上風 電技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。我國國家電網(wǎng)公司也已經(jīng)頒布風電接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定，明確要求當 風電場并網(wǎng)點的負序電壓不平衡度達 2%、短時達 4%情況下，風電機組應(yīng)能持續(xù)不脫網(wǎng)正常運行1。 在網(wǎng)壓平衡情況下的 DFIG 的控制策略已經(jīng)相對成熟，研究重點多在電網(wǎng)故障下的雙饋風機控 制策略，尤其在實際的風力發(fā)電系統(tǒng)中，不平衡電網(wǎng)所引起的轉(zhuǎn)矩脈動與不平衡電流過流發(fā)熱危害 十分嚴重，因此對雙饋電機

7、增加不平衡控制是十分必要的。而對風機在不平衡電網(wǎng)下的研究也多在 電機轉(zhuǎn)子側(cè)，文獻2-5建立了雙饋發(fā)電機在不平衡電網(wǎng)下的數(shù)學模型，并分析了在不平衡電網(wǎng)下機 側(cè)變流器的控制策略，不過由于機側(cè)變流器控制的局限性不能實現(xiàn)過多的控制目標，不能很好的改 善發(fā)電機的運行性能。文獻6提出了一種基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器(SGSC)的 DFIG 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過SGSC 向定子側(cè)注入串聯(lián)電壓矢量改變定子機端電壓，來改善電機在電網(wǎng)電壓不平衡下的運行特性， 但由于 SGSC 的存在使得成本增加，控制策略也相對復雜。由于機側(cè)及網(wǎng)側(cè)變流器的控制變量有限，雖然現(xiàn)階段的研究使得二者可以分別達到各自的控制 目標，但是控制效果還存在

8、著一定的局限性，使得風力發(fā)電機的運行特性不是十分理想。尤其在電 網(wǎng)不對稱跌落的情況下，由于負序電壓而引起的轉(zhuǎn)矩脈動，負序電流過流發(fā)熱等現(xiàn)象使得電機運行 狀態(tài)的惡化更為嚴重，因此研究通過電機側(cè)與電網(wǎng)側(cè)變流器的協(xié)同控制以達到更優(yōu)化的控制目標是 很必要的。本文從雙饋電機發(fā)電系統(tǒng)的角度，分別建立了電機側(cè)與電網(wǎng)側(cè)在不平衡電網(wǎng)下的數(shù)學模型，并 通過對機側(cè)網(wǎng)側(cè)變流器控制方式及數(shù)學模型的分析，從理論上論證了機側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器協(xié)同控制的 可行性，并通過仿真驗證了結(jié)論的正確性。1不平衡電網(wǎng)下電機側(cè)變流器數(shù)學模型在電網(wǎng)電壓不平衡時，由于風機采用三相對稱接法，則認為系統(tǒng)中不存在零序分量。根據(jù)對稱 分量法可知，在忽略鐵磁

9、芯飽和等非線性因素的情況下，雙饋電機的定子電壓可分解為三相對稱的 正負序電壓分量。同理，電流與磁鏈皆可分為為三相對稱的正負序分量，該數(shù)學方程可以表示為：U s = e jws0t U p+ e- jws0t U nssdqsdqI s = e jws0t I p+ e- jws0t I nssdqsdqYs = e jws0t Y p+ e- jws0t Ynssdqsdq(1)式中，U 、 I 、 Y 的上標 s 表示為靜止坐標系下，下標 s 表示為定子側(cè)， ws 0 表示電機的同步轉(zhuǎn) 速，上標的 p 和 n 分別表示正負序分量。對于定子側(cè)直接接入電網(wǎng)的雙饋風力發(fā)電機，此時的 ws 0 =

10、ws ， 即定子磁鏈轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速。在電網(wǎng)電壓不平衡時，同樣采用等量坐標變換，定子輸出功率可以表示為：3ppPs + jQs = -Usdq I sdq2= 3 (P + Psin 2w t + Pcos 2w t) + 3 (Q + Qsin 2w t + Qcos 2w t)2 s0ss 2ssc 2s2s0ss 2ssc 2s(2)上述方程中， Ps 0 , Qs 0 為定子側(cè)輸出的有功功率、無功功率的平均值， Psc2、P、ss 2、 Qsc2時有功、無功的二倍頻波動分量的幅值，其脈動頻率為 2ws 。 由于定子電流滿足電機磁鏈方程，可得Qss 2 分別為瞬isdqj- L i= s

11、dqm rdqLs(3)將上式帶入方程(2)并展開，可以將雙饋電機的定子功率寫成矩陣形式，表達式如下： P u pu punun u pu punun s 0sdsqsdsqppnn psdsqsdsq ppnn p Qs 0 usq-usdusq-usd jsd usq-usdusq-usd ird nnpp p nnpp p Pss 2 = - 3 usq-usd-usqusd jsq + 3 Lm usq-usd-usqusd irq nnpp n nnpp n Psc 2 2Ls usdusqusdusq jsd2 Ls usdusqusdusq irdnnpp n nnpp nQss

12、 2-usd-usqusdusq jsq -usd-usqusdusq irq nnppnnppQsc 2 usq-usdusq-usd usq-usdusq-usd (4)同理，可知雙饋電機電磁功率在電網(wǎng)電壓不平衡條件下方程為：es sdqP = - 3 Re jw j pp sdq+ j (w - w )j pp Irdq Isrrdq2= 3Lm w Re jj pp Irdqrsdq2Ls(5)pn將上式中的磁鏈與電流均分解為正負序形式可得：P = 3Lm w Re j (jpe jwst + jne- jwst )(Ie jwst + Ie- jwst )e2Lsrsdqsdqrdq

13、rdq= Pe0 + Pes 2 sin 2wst + Pec2 cos 2wst(6)式中，Pe0 為雙饋電機電磁功率的平均值， Pes 2, Pec 2 分別為雙饋電機電磁功率正弦波分量和余弦波分量的二次波動。 雙饋電機的電磁轉(zhuǎn)矩公式可以表示為wT = n P / w = nPe0 + Pes 2 + Pec 2并且有ep erpr(7) T -j pj p-j nj n i p rd e0sqsdsqsdpT = 3Lm j nj n-j p-j p irq es 2 L sdsqsdsq in T s -j nj n-j pj p rd ec 2 sqsdsqsd ni rq (8)通

14、過式(7)看出，轉(zhuǎn)矩中的二次脈動是由于風機輸出機械功率的二次脈動造成的，通過方程(8)可 以得到消除轉(zhuǎn)矩脈動所對應(yīng)的指令電流計算方法。ppnn通過建立的不平衡電網(wǎng)下電機側(cè)方程(4)與(8)可以看出可控量只存在 ird、i、rq 、irdirq 四個自由度，而控制目標卻有 9 個，其中控制目標 Ps 0 與 Pe0 是相關(guān)的，而由 U = jwj ，帶入到方程(4)中可計 算得出 Qss 2、Qsc2 的系數(shù)矩陣與(8)中 Tec2、Tes 2 的相同。因此在轉(zhuǎn)矩脈動被消除的同時，定子側(cè)無功功率也同時被消除，則機側(cè)實際上不相關(guān)的控制目標有六個，分別為 Ps0、Q、s0、Pss、2Psc2Tec2

15、Tes 2 。因此在機側(cè)有功功率 Ps 0 無功功率 Qs 0 必須控制的情況下可以額外達到的控制目標僅有兩個，只能在 Pss 2、Psc 2 與 Tec 2、Tes 2 中選其一，不可能同時消除并網(wǎng)功率的二次脈動及電磁轉(zhuǎn)矩的二次脈動，可見單獨的機側(cè) 變流器的控制效果是有局限性的。尤其在電網(wǎng)不平衡度較高的復雜的工況下，單獨的機側(cè)變流器控 制很難滿足系統(tǒng)及電網(wǎng)的要求。2 不平衡電網(wǎng)下電網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學模型對于雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)變流器，作為一個三相三線制的系統(tǒng)，在電網(wǎng)側(cè)電壓不平衡下，同理可以忽略零序分量，只分析其中的正序及負序分量。因此我們在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下建立數(shù)學模 型。此時可以將電網(wǎng)電壓表示

16、為：=p +n =pjwt +n- jwtUgUgabpUgabUgdqeUgdqe(9)n其中， Ugdq 為電網(wǎng)電壓的正序分量在正序同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的分量； Ugdq 為電網(wǎng)電壓的負序分量在負序同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的分量。 同理，可以將網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓電流表示為Uabp jwte+ U= Udqdqne- jwtIabp jwte+ I= Idqdqne- jwt(10)上式中的角標 p、n 分別表示在正、負序同步旋轉(zhuǎn)坐標系的正、負序分量。 電網(wǎng)電壓不平衡條件下，電網(wǎng)側(cè)變流器輸出的視在功率為3ppS = Ugdq I dq2gdqgdqdqdq= 3 (U 2p e jwt +U n e-

17、jwt )(I p e jwt + I n e- jwt )(11)將方程(11)的指數(shù)形式展開成正余弦形式可得電網(wǎng)側(cè)視在功率為 S = pg + jqg 。 式中， pg 、 qg 分別為網(wǎng)側(cè)變流器有功與無功功率。令 pg = pg 0 + pgc 2 cos(2wt ) + pgs 2 sin (2wt )qg = qg 0 + qgc 2 cos(2wt ) + qgs 2 sin (2wt )(12)上式中的 pg 0 ， qg 0 為網(wǎng)側(cè)變流器有功功率、無功功率的平均值， pgs 2、pgc 2 分別為網(wǎng)側(cè)變流器有 功功率中的二次正弦、余弦脈動的諧波峰值， qgs 2、qgc 2 分

18、別網(wǎng)側(cè)變流器無功功率中的二次正弦、余 弦脈動的諧波峰值。公式(12)說明當電網(wǎng)電壓不平衡時，網(wǎng)側(cè)變流器瞬時有功及無功功率中均含有 2 倍頻的諧波脈動。由于電網(wǎng)側(cè)有功功率二次脈動直接關(guān)系到直流電壓脈動，而無功的脈動影響較小，因此在網(wǎng)側(cè) 變流器的控制中一般不考慮無功二次脈動的影響。將電網(wǎng)側(cè)有功功率、無功功率的平均值及電網(wǎng)側(cè) 有功功率二次正弦、余弦脈動的諧波峰值改寫為矩陣形式如下： pepepenen i p g 0dqdqdppnn p qg 0 = 3 eq-edeq-ed iq pgs 2 2 eq-ed-eqed id nnppn penenepep in gc 2 dqdq q (13)在

19、網(wǎng)側(cè)變流器的控制中，可控量同樣有四個自由度，但由于網(wǎng)側(cè)變流器只有兩個控制目標 pg 0 ， qg 0 是必須控制的，還可以額外達到兩個控制目標，這在網(wǎng)側(cè)變流器配合機側(cè)變流器達到更優(yōu)化的控 制目標時，是一個很大的優(yōu)勢。3基于網(wǎng)側(cè)功率補償?shù)臋C側(cè)網(wǎng)側(cè)變流器的協(xié)同控制策略通過前面兩節(jié)建立的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)電壓不平衡下的數(shù)學模型，并參照 給出了正、負序雙 dq 電流控制的系統(tǒng)模型，可由此很清楚的計算出達到不同控制目標所需要的指令 電流，采用正負序分離的雙 dq-PI 控制策略可以實現(xiàn)相應(yīng)的控制目標。文獻2-5中詳細的給出了在不 平衡電網(wǎng)下，機側(cè)變流器可實現(xiàn)的四個控制目標及指令電流的計算

20、，不過也均顯示出了雙 dq-PI 控制 策略的局限性。由于機側(cè)控制量無法直接完成多個控制目標，因此只能在諸多控制目標中進行取舍， 未得到有效控制的功率脈動及負序電流過流仍會影響電機的運行性能，這在電網(wǎng)不平衡度較高的情 況下是很危險的。上一節(jié)中方程(13)中的系數(shù)矩陣存在四個自由度，因此在不考慮網(wǎng)側(cè)變流器極限控制能力的情況 下該矩陣可以達到四維空間的任意點。正是因為網(wǎng)側(cè)變流器存在這種優(yōu)秀的控制能力，所以在網(wǎng)側(cè) 變流器容量范圍內(nèi)進行與機側(cè)的協(xié)同控制以達到相應(yīng)的控制目標在理論上是可以實現(xiàn)的。網(wǎng)側(cè)變流 器可以彌補的項目包括發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的總有功功率，無功功率的二次脈動，負序電流的消除 以及給予電網(wǎng)

21、無功支持。本節(jié)主要討論如何通過網(wǎng)側(cè)機側(cè)變流器的協(xié)同控制，來消除雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)總功率的脈動。直流母線LPrPg風力機電機側(cè)變流器電網(wǎng)側(cè)變流器變壓器電網(wǎng)齒輪箱DFIGPsPt圖 1雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率流向示意圖Fig. 1Sketch map of power flow for DFIG based wind power generation system如上圖所示，風力發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的總有功功率 Pt 為定子側(cè)輸出功率 Ps 及網(wǎng)側(cè)輸出功率 Pg之和，即Pt = Ps + Pg(14)當電網(wǎng)電壓不平衡，雙饋電機的定子側(cè)輸出有功功率和變流器輸出有功功率均包含二次脈動，則 系統(tǒng)輸向電網(wǎng)的總

22、的有功功率為*p*+Udcp*Ps 0 irdq UrdidqPg 0SVPWM雙dq 電流 跟蹤Ugq 指令Q*電流 in*-SVPWMRSCGSCUgd+-Q指令 *電流+s 0 轉(zhuǎn)子側(cè)控計算 rdq-+q 0i-n* 計算 雙dq 電流 跟蹤Urqdq制目標p rdqinabcdqirabcIabcpiabcdqdqen網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制目標irdqI p I nwr光電碼盤DFIGEabcabcp idqdqP*s 0Q*轉(zhuǎn)子側(cè)s 0功率給sdqpsdqdqnabc I sabc dqenUsabcdq轉(zhuǎn)子側(cè)控 制目標定計算 Usdq UsdqPLL電網(wǎng)ws qs圖 2電網(wǎng)電壓不平衡下機側(cè)變

23、流器與網(wǎng)側(cè)變流器協(xié)同控制策略框圖Fig. 2Diagram Of the proposed coordinated control scheme under unbalanced gridvoltage conditionsPt = Ps + Pg= Ps 0 + Pg 0 + Pss 2 sin 2wst + Pgs 2 sin 2wt + Psc 2 cos 2wst + Pgc 2 cos 2wt(15)由于電機側(cè)采用定子磁鏈定向，電網(wǎng)側(cè)采用電網(wǎng)電壓定向，在忽略定子電阻的情況下定子磁 鏈滯后于定子電壓 p /2 ，即定子磁鏈角度與電網(wǎng)電壓角度存在如下關(guān)系：q = qs + 90(16)此

24、時，系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的總有功功率為Pt = (Ps 0 + Pg 0 ) + (Pgs 2 - Pss 2 )sin 2wt + (Pgc 2 - Psc 2 )cos 2wt(17)方程(17)中很明確的表示出了總并網(wǎng)二次脈動與定子側(cè)二次有功脈動與網(wǎng)側(cè)二次有功脈動的關(guān) 系，可以說在機側(cè)變流器控制策略一定即定子側(cè)功率二次脈動一定的情況下，此時系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送 的總有功功率 Pt 的二次有功脈動的大小由網(wǎng)側(cè)變流器來決定。在電網(wǎng)不平衡的情況下，一般我們將網(wǎng)側(cè)變流器的控制目標設(shè)定為消除雙饋風機發(fā)電系統(tǒng)向電 網(wǎng)輸送總有功功率的二次脈動。由于機側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器的控制量不相關(guān)，因此機側(cè)變流器可以根據(jù) 現(xiàn)場的情況

25、設(shè)定自己相應(yīng)的控制目標，例如消除定子負序電流減小電機發(fā)熱或消除轉(zhuǎn)矩的脈動，從 而保護風機的機械部件?？紤]到雙饋風機發(fā)電系統(tǒng)中變速箱的存在，使得機械應(yīng)力成為風機能否長久運行的一個重要指 標，因此在電網(wǎng)電壓不平衡的情況下平衡風機輸出轉(zhuǎn)矩是十分重要的，此時機側(cè)與網(wǎng)側(cè)變流器協(xié)同 控制可以實現(xiàn)向電網(wǎng)輸送有功功率的二次脈動來使得風機并網(wǎng)總功率與電磁功率的二次脈動均被消 除，從而達到更加優(yōu)化的目標。圖 2 為協(xié)同控制策略的控制框圖，基于上述思想，現(xiàn)分別將機側(cè)及網(wǎng)側(cè)變流器控制目標設(shè)定如下：1、電機側(cè)變流器的控制目標為消除電機的機械功率二次脈動，減少轉(zhuǎn)矩脈動及風力發(fā)電系統(tǒng)的機械應(yīng)力，即在機側(cè)變流器控制 Pes2

26、 , Pec2 為 0，將此帶入公式(8)可得相應(yīng)機側(cè)指令電流給定值； 2、電網(wǎng)側(cè)變流器的控制目標為消除系統(tǒng)總輸出功率的二次脈動，即令 Pgs 2 - Pss 2 = 0, Pgc 2 - Psc 2 = 0 ，將此結(jié)果帶入公式(13)可得相應(yīng)網(wǎng)側(cè)指令電流給定值。 此時，雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)背靠背 PWM 變流器中間直流母線電壓上的功率為C dud u dtd = Pr - Pg(18)C dud u dtd = Pe - Ps - Pg(19)= (Pe0 - Ps 0 - Pg 0 ) + (Pss 2 - Pes 2 - Pgs 2 )sin 2wt + (Psc 2 - Pec 2 - P

27、gc 2 )cos 2wt由上面分析可知，在網(wǎng)側(cè)消除了總有功功率的二次脈動后，存在 Pgs 2 - Pss 2 = 0, Pgc 2 - Psc 2 = 0 ，代 入式(19)可知此時的控制策略可以額外的消除直流母線電壓的二次脈動。5仿真驗證為了驗證電機側(cè)及電網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制的正確性，本文應(yīng)用 matlab 對上述研究進行了仿真驗證。仿 真中并網(wǎng)電壓為 690V，功率等級為 1.5MW，額定頻率 50Hz。電機極對數(shù)為 2，定子漏感 0.284mH， 轉(zhuǎn)子漏感 0.4558mH，定子電阻 0.0025，轉(zhuǎn)子電阻 0.002，互感為 17.87mH。整個系統(tǒng)在 1800r/min 的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，并

28、網(wǎng)逆變器均為單位功率因數(shù)，電網(wǎng)的不平衡度均為 7%的情況下進行仿真。本次仿真中，在 0.5s 時電網(wǎng)發(fā)生不平衡故障，同時在 0.5s 至 0.7s 機側(cè)與網(wǎng)側(cè)均不采用任何不平 衡控制策略；在 0.7s 至 0.9s 時機側(cè)與網(wǎng)側(cè)采用分別控制的控制策略，其中機側(cè)消除轉(zhuǎn)矩的二次脈動， 網(wǎng)側(cè)消除網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)功率的二次脈動；而在 0.9s 之后采用的為機側(cè)網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制的控制策略，其中機 側(cè)消除轉(zhuǎn)矩的二次脈動，網(wǎng)側(cè)消除并網(wǎng)總功率的二次脈動。仿真結(jié)果如下：0-2000Te/N*m-4000-6000-8000-10000-12000-140000.50.60.70.80.911.1t/s圖 3 系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩F

29、ig. 3Simulation results of the torque圖 3 中可以看出在 0.5s 至 0.7s 階段，由于未采用不平衡控制，因此轉(zhuǎn)矩存在較明顯脈動；而在0.7s 之后隨著機側(cè)投入消除轉(zhuǎn)矩脈動的控制策略使得轉(zhuǎn)矩脈動得到了很好的抑制，同時可以看出在0.7s 至 0.9s 的分別控制階段及 0.9s 至 1.1s 的協(xié)同控制階段，機側(cè)變流器控制效果不會因為網(wǎng)側(cè)控制 策略的改變而改變，即機側(cè)與網(wǎng)側(cè)可控量及系數(shù)矩陣之間相互獨立。2.52Pt/W1.510.506x 100.50.60.70.80.911.1t/s圖 4 系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的總功率Fig. 4Simulation re

30、sults of the total active power通過圖 4 波形可以看出，雖然在 0.7s 至 0.9s 中機側(cè)網(wǎng)側(cè)均采用了一定的不平衡控制，不過功率 的二次震蕩還是十分明顯，而到 0.9s 之后采用機側(cè)網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制之后，并網(wǎng)總功率的二次脈動得到 了較好的抑制。6x 102.521.5PsPg/W1、0.50-0.50.50.60.70.80.911.1t/s圖 5 系統(tǒng)總有功功率、機側(cè)有功及網(wǎng)側(cè)有功Fig. 5Simulation results of the stator active power GSC active power and total active power

31、圖 5 中波形從上到下依次為定子側(cè)輸出有功及網(wǎng)側(cè)輸出有功。在 0.7s 至 0.9s 采用分別控制的控 制策略時，從圖中可以看出，網(wǎng)側(cè)有功脈動得到了很好的消除，由于機側(cè)目標設(shè)定為消除轉(zhuǎn)矩脈動， 因此機側(cè)有功脈動未得到抑制，反而會由于轉(zhuǎn)矩脈動的消除而增大；在 0.9s 后投入新的控制策略后 可以看到雖然定子側(cè)有功脈動很大，不過通過網(wǎng)側(cè)輸出脈動增加，結(jié)合圖 4 可以看出總有功脈動被 消除，達到了預期目標。12001100Udc/V10009008000.50.60.70.80.911.1t/s圖 6 直流母線電壓Fig. 6Simulation results of the dc-link vol

32、tage圖 6 中顯示無論是 0.5s 至 0.7s 的不采用合理控制還是 0.7s 至 0.9s 的采用分別控制的控制策略， 直流母線電壓總是存在明顯的脈動，直到 0.9s 采用機側(cè)網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制后直流母線電壓脈動才得以消 除，驗證了第三節(jié)中理論的正確性。從仿真結(jié)果很明顯的看出，通過網(wǎng)側(cè)變流器控制對機側(cè)變流器進行有功補償?shù)膮f(xié)同控制策略是 可行的，仿真結(jié)果與理論計算一致。5結(jié)語本文通過建立電網(wǎng)不平衡下機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器控制數(shù)學模型，通過對所得到的數(shù)學模型 矩陣進行分析，得出了在不平衡電網(wǎng)下機側(cè)變流器的控制局限性與網(wǎng)側(cè)變流器可以實現(xiàn)與機側(cè)協(xié)同 控制的根本原因。通過數(shù)學模型可以看出網(wǎng)側(cè)變流器的控

33、制自由度較高，因此可以設(shè)定更優(yōu)化的控 制目標對機側(cè)變流器進行很好的補償調(diào)節(jié)。本文重點在電網(wǎng)不平衡度較低的情況下進行了機側(cè)網(wǎng)側(cè)協(xié)同控制的研究，并根據(jù)所得出的矩陣 方程提出了網(wǎng)側(cè)變流器協(xié)同機側(cè)變流器消除并網(wǎng)有功功率脈動的控制策略，仿真結(jié)果很好的驗證了 本文中的控制策略，結(jié)果顯示該方案可以很好的消除風機向電網(wǎng)輸送總有功功率的二次脈動及平衡 電磁轉(zhuǎn)矩，同時消除直流母線電壓的二次脈動，證明了上述理論的正確性。參 考 文 獻1 GB/T 199602011 風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定S.胡家兵, 賀益康, 郭曉明, 年珩. 不平衡電壓下雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)的建模與控制J. 電力系統(tǒng) 自動化, 2007,

34、31(14): 47-56.2 HU Jiabing, HE Yikang, GUO Xiaoming, NIAN Heng. Modeling and Control of the DFIG Based Windpower Generation System Under Unbalanced Grid Voltage Conditions J. Automation of Electric Power Systems, 2007, 31(14): 47-56.3 Ted K. A. Brekken, Ned Mohan. Control of a Doubly Fed Induction Wind Generator Under Unbalanced Grid Voltage ConditionsJ. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2007, 22(1): 129-135.4 M.Itsaso Martinez, Gerardo Tapia, Ana Susperregu