电网故障下双馈风电机组的暂态电流跟踪控制技术研究

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随着风能在电网中的渗透率的提高,各国电网运营商纷纷制定了风电并网导则,以提高电力系统的稳定性。其中,最为严苛的当属低电压穿越(Low-voltage ride through,LVRT)要求,即:当电网发生故障时,风电机组需要保持不脱网运行,并且需要在规定时间内向电网提供无功支撑。  在多种风电机型中,双馈风电机组(Doubly fed induction generator,DFIG)因为具有变流器容量小、成本低等优点而成为近十年来的主流机型。但是由于其定子绕组与电网直接相连,它的LVRT非常困难。当前最为主流的LVRT方案是采取撬棒(Crowbar)电路来短接转子侧变流器。然而,一旦撬棒电路被激活,DFIG将产生巨大的转矩脉动,并且向电网吸收大量的无功功率,难以适应未来日益苛刻的并网导则。因此,一些学者提出了改进励磁LVRT控制方法,通过修改故障后的电流指令来提高双馈风电机组的LVRT能力,但是如何实现对该暂态电流指令的精确跟踪的研究较少,故本文对该问题进行了详细研究。  本文首先建立了DFIG的数学模型,并且对故障后的DFIG暂态特性进行了分析。接着,对现有改进励磁LVRT控制方法进行了研究,分析出了这类改进励磁LVRT控制方法的暂态电流指令所具有的共性特征。然后,建立DFIG电流环的等效电路模型,基于该电路模型,提出了四种实现对上述暂态电流指令的无静差跟踪控制方法,即:谐振控制、电流指令前馈控制、感应电动势动态前馈控制和输出电流前馈控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建了1.5MW双馈风电机组的仿真平台,并通过仿真验证了这四种控制方法的有效性。
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