摘要：目前，风电在可再生能源里占有很重要的地位，风力发电技术也已越来越成熟和具有开发价值。由于DFIG性能优良，因此大部分风力电机都采用DFIG。目前，大部分对双馈风力发电系统的研究都是在假设理想条件下进行的，而在现实环境中很多地方电网电压都不具备理想平衡条件。如果整个双馈风力发电系统没有考虑电网电压不平衡的条件，那么即使是非常小的不平衡电压，也会使定、转子侧电流产生很大的脉动量，导致定、转子侧的绕组发热量不均衡。受波动电流的影响，电磁转矩也将发生振荡，由变换器输向电网的功率也将发生二倍频脉动。
关键词：双馈感应电机；功率谐振补偿；动态调节性能
引言
不平衡的电网电压状态会引起常规控制系统下的双馈风力发电（DFIG）系统的定子电流不平衡，从而引起定子绕组的不均衡发热，造成波动的输出功率和转矩两倍频，剧烈的波动甚至会造成DFIG系统脱网。近年来，已经有很多学者对DFIG系统的控制方法进行了广泛的研究。直接功率控制技术因其具有控制结构简单、动态响应快，鲁棒性好等优点，近几年得到广泛关注。
1 双馈风力发电系统
双馈风力发电系统的结构简图如图1所示。风轮与电机通过多级齿轮箱来连接，多级齿轮箱的用途是改变转子速度，从而保证通过控制转子侧电流的大小、频率和方向使其在不同转速下也能发出恒压恒频的电能。背靠背的直流环节通过直流电容相连来保证直流母线电压的稳定。
图 1 双馈风力发电系统图
2 双馈电机的常用控制策略
与控制普通异步电动机运行一样，早期 DFIG 也以矢量控制为主，后来出现了直接转矩控制、直接功率控制、多标量控制、非线性控制等。
2.1 矢量控制（VC）
DFIG 风力发电系统中，直流电压和输入电流波形及单位功率因数运行是靠控制网侧变换器来进行调节的，而 DFIG 系统整个功率的调节都是靠机侧变换器来达到的。网侧变换器大多选择定向的矢量为电网电压，具体过程是利用电网电压的相位来对网侧电流进行坐标变换，从而获得 d、q 坐标系下的电流分量，进行独立调节使得网侧变换器有功、无功功率的输出互不影响。出于成本的考虑，又出现了不含电压传感器的虚拟磁链定向控制。由于矢量控制需要选择矢量作为一个参考标准，通过选择标准多样化，机侧变换器控制系统的矢量控制可分为多种叫法，其中经常使用定子磁链和定子电压作为定向矢量。当选择前者为定向矢量时，控制系统稳定性和阻尼特性不需要考虑转子电流的原因，而采用后者定向时，若给转子通入相当大的励磁电流，控制系统将会处于不稳定状态，因此实际应用越发偏向于前者[。DFIG 矢量控制系统大多是双闭环的，其中用来得到转子电流参考值的为功率外环，进行电流控制的则是电流内环，而两个环节中的控制器大多采用比例积分调节器。鉴于 PWM 变换器功率器件的存在，其是一个非线性的被控者，若采取线性控制器将会使得系统运行结果存在差值和延时响应问题。另外，在解耦有功、无功功率的过程中使用的了大量的坐标变换使得整个系统较为复杂、动态性能欠佳。但是此调节技术目前较为成熟，仍被广泛使用。
2.2 直接功率控制（DPC）
在20世纪80年代，开始使用直接转矩控制（DTC）策略对电动机进行调速，DFIG的DPC的作用机理是和DTC一致的，区别在于它是直接控制处于发电时的DFIG输出有功、无功功率，相比直接转矩控制更加简单方便有效且有很好的动态性能。其中，特别是采用开关型滞环控制器的查表法-直接功率控制，该方法在实际应用中取得了优良的控制效果，已有实际产品的生产。在此基础上，为了解决DPC方式中开关频率不固定造成的谐波电抗器设计困难，学者们相继提出了各种改进型DPC策略，如基于空间矢量调制的DPC、预测DPC等等。此外，考虑到成本的问题，也将虚拟磁链的想法加入了DPC中，并且成功地被广泛运用。
3 电网电压不平衡下网侧变换器控制
3.1 控制器设计
定义双馈电机的积分终端（ terminal） 滑模控制器的状态变量为定子有功功率和无功功率的实际值和给定值的误差为
论文作者:冯驰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
标签：变换器论文; 功率论文; 电流论文; 矢量论文; 电压论文; 转子论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第27期论文;