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基于虚拟阻抗的双馈风力发电机高电压穿越控制策略

陈涛

中国水电顾问集团贵阳花溪云顶新能源有限公司,贵洲贵阳,550000

摘要: 电网电压在运行中,对于发生突然发生的上升故障,会对双馈感应发电机造成严重影响,甚至比电网电压突然跌落带来的影响更为强烈。对此需要对电网电压骤升下双馈发电机转子电流的电量进行全面观测,进一步对变流器转子电流环中存在的虚拟电阻加强控制,虽然通过这种方式可以有效抑制转子电流和电磁转矩之间的动荡。但是在应用中也会由于过程过长,会降低抑制效果,对此,通过引进虚拟电感的方式形成虚拟阻抗,也有利于加强抑制方式,进一步缩短电网电压在骤升时带来的动荡过程。加强对高频部分的抑制作用,提高整体高电压能。
关键词: 风力发电;双馈感应发电机;虚拟阻抗
DOI:10.12721/ccn.2023.157201
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引言:

 在近些年的发展中,双馈感应发电机在风力发电系统中得到了全面的推广和应用。在应用中为了适应电网发展的要求,也需要对风力发电机组的低压穿越能力进行加强处理,但是在电网电压上升带来的影响中也会加强高电压穿越工作,对此为了在实际风电系统应用中有效应对风电场出现的上升情况,避免对风电机组造成二次危害,需要进一步加强对相关方面的研究探讨。随着风力发电机组容量的不断扩大和完善,具有高电压穿越能力,也成为未来风电厂发展的必然要求。部分国家和地区率先制定了相关的穿越准则,可以为风力发电提供相关的规则措施,对此,在未来发展中,我国也需要加强对风力发电系统中双馈风力发电机高电压穿越工作的制力度。

一、电网电压对称骤升时转子电流暂态分析

在实验中,通过将双馈发电机转子测参数归算到定子侧中,可以采用相关的惯例方式,因此可以制定双馈发电机的等效模型图,在电网电压对称骤升下也会产生直流分量。由于分量不会存在旋转问题,并且会随着定子磁链时间常数的不同而发生变化,因此电网电压骤升后的定子磁链也需要进行全新的设计。

通过上述公式可知,电网电压对称骤升下会分成不同的部分,而这部分之间也会存在自身的特点,第一部分是电网电压骤升后形成的相对稳定的磁链系统,其次另一部分则是衰减项。通过两项公式不同,可以得出在电网电压对称骤升下会产生一个动态变化系统,对此也保证了电网电压对称骤升下的连续性,

电网电压发生对称骤升后,转子感应电也会形成一个相对稳定的系统,并且由于频率不同也会导致波动幅度发生变化,在转子感应电动项中,需要根据电网电压产生的反应情况。进行合理调整控制。

二、基于虚拟电阻的双馈发电机HVRT控制

1.双馈发电机系统稳定性分析

为了加强对HVRT抑制功效,在双馈发电机震荡过程中也需要对冲击力度进行全面测量,对此可以设置虚拟控制策略,通过对双馈发电机转子电流实际应用情况进行分析,可以得出相关的变量问题,并且以转子电压为输入量,可以对相关的电流状态进行表达处理

在出现电压变化时,发电机转子测电流也会发生动荡变化,因此随着转子电阻的增加,发电机的阻尼系数也会发生变化在这一过程中需要充分考虑通过增加阻尼的方式,提高双馈发电机系统的稳定性发展。

2.虚拟阻抗控制策略

通过引入虚拟电阻双馈发电机系统也可以对引入电阻之前的电流内环控制形态进行全面的计算。通过使用虚拟电阻控制方式可以及时抑制电网电压带来的变化,并且对转子电流,电磁转矩带来的震荡进行极大的缩减,提高双馈发电机的稳定性。但是随着虚拟电阻的增加,也会导致运行中出现电压分量的增加,影响了相关的变化系统也会加强对双馈发电机赞叹响应的影响,在低频区域可以通过应用强烈的扰动抑制机制,加强稳定性。

通过采用上述表达式可以推算出,随着转子电阻的不断增加,数值也会变得越来越大,实现远离虚轴,而虚轴保持基本不变。在定子磁链应用中,由于十步变小,也会导致靠近虚轴的问题,这种情况的出现都会稳定需求情况。但是随着转子侧阻尼变大,相关的电流速度也会加快。对此,在定子侧阻力变小时,定子直流分量也会逐渐减慢,随着定子和转子的增强,在电网电压变化中,相关的电流动态也会产生影响。随着转子电感的不断增强,转子磁链特征值也会发生放大反应,通过远离虚轴的方式可以实现定子不变。这都表明在增加转子侧电感之后,定子侧的虚拟值会增加,同时也会促进电网电压骤升变化中震荡过程减小。

就虚拟电阻自身而言,虽然具有电阻特性,但是在动态发展中抗扰能力受到了很大的限制,而虚拟电阻在实际应用中也会加强对双馈发电机稳态系统的影响,进一步产生频扰动的问题,漏电感存在也会加强对虚拟电阻带来的扰动力度。电感的引入会进一步加强抑制的扰动作用,特别是对于高频动态情况来说,抑制作用更为强烈。

三、仿真分析与实验结果

为了加强理论验证数据的准确性,也可以通过搭建双馈风力发电机侧变流器仿真模型,来对相关的运行参数进行及时的测量,在运行过程中需要根据结果不同进行全面分析。通过实验可以看出,采用虚拟电阻和虚拟阻抗控制电网电压也会产生一定的变化,都会有明显的抑制作用。但是随着电压增大过渡过程也会变得越来越长,都会对电网电压的际运转带来抑制影响,通过采用虚拟阻抗控制时也可以对转子电压进行综合控制,缩小过渡时间。加入虚拟阻抗后,控制系统也会对对电网电压骤升带来的抑制作用进行强化处理,电网电压恢复时,转子电流的振动幅度也会变得越来越大。但是这些故障问题的存在都会对电网运行提出更高的要求,在电网恢复正常运行时也会影响相关的电子流动情况。综上所述,实际应用过程中转子电压会随着过渡过程的缩短而有所增加,通常情况下也会比虚拟电阻的控制力度更为强烈。

总结语:

为了推动虚拟阻抗技术在风力发电系统的充分应用,需要对电网电压骤升过程中,存在的双馈发电机情况进行全面的分析。通过对双馈发电机在不同状态下的电流情况进行研究分析的方式可以加强对虚拟阻抗控制方式的了解,进一步提高抑制作用,减少电网电压在过渡中存在的变化,提高控制性能。

参考文献:

[1]谢震,张兴,宋海华,等.电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略[J].电力系统自动化.2012,(3).

[2]郑艳文,李永东,柴建云,等.不平衡电压下双馈发电系统控制策略[J].电力系统自动化.2009,(15).

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