基于双馈感应发电机的风电系统在电网不平衡条件下运行性能的改进

摘要

本文研究了基于双馈感应发电机的（DFIG）风电系统在电网不平衡条件下运行时控制策略的改进。由于许多风场都与电网连接点有一定的距离，风力发电机常会经历电压的不平衡，这将导致风场脱网。小范围稳态电网电压的不平衡引起不平衡电流会在定子绕组中产生不同的发热，转矩的波动会产生附加应力以及输出功率的波动；而较大瞬态电网电压的不平衡能够导致严重的过流和机械振荡。因而通过对DFIG控制系统的设计来减少这种不平衡对它们运行的影响是很关键的。本文以正序和负序分量形式提出了一套完整的DHG系统模型，用来准确描述在不平衡条件下系统的性能。同时分析了采用负序电流的注人来补偿电压的不平衡。提出了在电冈电压不平衡情况下，提高DFIG系统性能的两种不同控制策略。第一种方案是利用转子侧变流器来消除转矩脉动；而总有功功率输出和变流器直流电压的脉动是通过网侧变流器的运行来消除的。第二种控制方法是通过转子侧变流器来减少转矩波动。控制网侧变流器负序电流的注入而使电网获得重新平衡。采用Matlab／Simulink对基于DFIG的30MW风场进行仿真研究来评价所提出控制策略的性能。结果表明根据所提的控制策略，利用转子侧变流器可以成功消除转矩脉动，利用网侧变流器可以显著地减少输出的有功功率波动或电网电压的不平衡。