不平衡电网电压下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

【摘要】：全球能源危机不断蔓延,人类环保意识逐步增强,可再生能源为世界各国解决能源问题提供了新思路。风力发电作为可再生能源布局全球的中坚力量,也愈发受到重视。然而风机并网容量的迅速增加,导致电网的等效惯量逐渐降低。尤其在发生电网电压不平衡故障时,电网的稳定运行更是难以维持,因此本文主要对双馈异步风力发电机在不平衡电网下的控制进行了研究。本文首先对双馈异步风力发电机本体及其网侧变流器进行了建模,并推导出机侧变流器的虚拟同步控制的稳态方程、小信号模型以及与矢量控制的特性对比。接着建立了不平衡电网下双馈电机的网侧、机侧变流器的数学模型,并将不平衡电网对双馈电机运行带来的不利影响进行了理论分析与仿真验证。考虑到虚拟同步控制能够对电网产生友好的电压及频率支撑作用,因此本文在不平衡电网下,基于虚拟同步控制提出了主动阻尼的控制策略,用以分别降低并网电流、电压的不平衡度,并通过仿真验证了其控制效果。基于主动阻尼控制策略的局限性,本文提出了负序电压、电流协调抑制策略。首先通过谐振调节器对定子电压、电流的不平衡信息进行提取,接着通过比例积分调节器进行抑制,并且改变电压、电流补偿系数可以实现负序电压与电流的协调抑制。在此基础上,本文分别设计了主级、次级控制回路,同时进行了控制策略的稳定性分析以及仿真验证。而为了充分利用双馈电机的双变流器固有优势,本文还在网侧变流器附加了有功功率、无功功率同步抑制策略,以此实现总输出功率二倍频脉动的抑制。最后,基于11kW的双馈电机实验平台,本文进一步通过实验的方式对所提协调抑制策略的有效性进行了验证,不仅说明了对负序电压、电流的显著抑制能力,还表现了控制策略在电网不对称度、有功功率指令值发生阶跃时,依然能够保持其优异的控制效果。