通镌电潦 ２０１１年９月２５日第２８卷第５期 】Ｉ： Ｓｅｐ．２５，２０１ １，Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．５ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 文章编号：１００９—３６６４（２０１ １）０５一（）（）５（）一０３ 螓 誉 ＤＦＩＧ空载并网控制策略的研究 栾鹏飞 ，李含菩。，孙冬梅 （１．鄂尔多斯电业局变电管理二处，内蒙古自治区鄂尔多斯Ｏ１７０００； ２．内蒙古工业大学电力学院，内蒙古自治区呼和浩特０１００８０；３．华北电力大学，北京１０２２０６） 摘要：ＤＦＩＧ的并网技术 主要有三种：带独立负载并网、孤岛并网和空载并网。空载并网由于其实现简单，并网时 冲击电流小，在风电并网中占有很大的优势。文章根据ＤＦＩＧ的运行特点，提出了基于电网电压定向的空载并网控制策 略，根据电机转速和电网电压来调节转子励磁电流，实现了有功和无功解耦控制。 关键词：冲击电流；空载并网；电网电压定向 中图分类号：ＴＭ７１７ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ＤＦＩＧ Ｉｄｌｅ Ｌｏａｄ Ｇｒｉｄ—Ｃｏｎｎｅｃｔ ＬＵＡＮ Ｐｅｎｇ ｆｅｉ，ＬＩ Ｈａｎ—ｓｈａｎ，ＳＵＮ Ｄｏｎｇ—ｍｅｉ； （１．Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｏｒｄｏｓ，ｏｒｄｏｓ ０１７０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００８０，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉａｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＤＦＩＧ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅ：ｔａｋｉｎｇ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏａｄ ｇｒｉｄ，ｉｓｌａｎｄ ｇｒｉｄ ａｎｄ ｉｄｌｅ ｌｏａｄ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔ．Ｔｈｅ ｉｄｌｅ ｌｏａｄ ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔ ｈａｓ ｌａｒｇｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｉｎ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｍｐｌｙ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｉｍｐａｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＤＦＩＧ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｓｏｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅ ｇｉｅｓ ｏｆ ｉｄｌｅ ｌｏａｄ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｔＯ ｒｅｇｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐａｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ；ｉｄｌｅ １ｏａｄ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔ；ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａ１ Ｏ 引 言 目前风力发电机组的单机容量越来越大，已经发 展到兆瓦级水平，大功率机组并网时引起的电流冲击 已经不能忽视。较大的冲击电流不但会引起电网电压 的大幅下降，还可能会损坏发电机和机械部件，更严重 时还会威胁电网安全，所以应该通过合理的发电机并 转子侧变 网侧变 网控制技术来抑制并网冲击电流。 换器 换器 图１ 双馈风力发电机空载并网系统结构 １ 空载并网［ ］ ２ 电网电压定向空载并网控制策略 。， ］ 空载并网方式由于其实现简单，并网时的冲击电 流小，在风电并网中占有很大的优势。 空载并网方式即并网前发电机不带负载，不参与 ＤＦＩＧ空载并网系统结构如图１所示。接入电网 能量和转速的控制，发电机转速完全由原动机来控制。 前，并网前开关Ｋ 断开，通过转子侧变频器的控制，使 并网时由于定子端电压受控，电网电压与其相等，所以 定子电压与电网电压在幅值、频率及相位上相一致。 定子电流逐渐减／Ｊ，Ｎ零。并网后切换到稳态并网控制 空载并网具体步骤为：当风速达到切入风速后，风力机 策略，来实现最大功率点跟踪。 带动ＤＦＩＧ升速，当达到转子励磁变流器容量容许的 研究ＤＦＩＧ空载并网前，首先要建立ＤＦＩＧ的空 范围内，交流励磁系统投入，根据机组转速与电网信息 载数学模型。考虑到空载并网前，其定子侧开路，且满 控制定子，当与电网电压在幅值、相位、频率一致时闭 足ｉｄ ＝ｉ ＝０，将此条件代入双馈电机ｄｐ坐标下的数 合开关Ｋ 进行并网操作。 学模型得：定子、转子磁链方程： ｆ ｓ—Ｌｍｉｄｒ 一 收稿日期：２０１１－０４—１３ １ ＝＝＝Ｌ ｉ （１） ｌ ｒ—Ｌｒｉｑｒ 作者简介：栾鹏飞（１９８６一），男，硕士，研究方向：ＶＳＣ ＨＶＩＸ：在 定子、转子电压方程： 风电中的应用。 肇９ 总 卷第 期 栾鹏飞等： Ｇ空载并网控制策略的研究 ｓ。ｒｐ．ｅ 一ｒｖＴ。ｅ。．ｃｈ２ｎ８ｏｌ№ｏｇｙ （４） Ｌ 等一 ｍ由此得转子电流： ｆ ｔｑｒ 。Ｊ．一一 ｓ 誓 一 Ｌ＾ 一Ｌ 【ｉ出一０ 将以上两式代入转子电压方程得： ｒＵｄｒ 一∞ｓＬｒｉ ／Ａｄｒ—Ｒｒ ＋Ｌ 一ＲＦｌ 十Ｌ ＋ Ｌ 采用电 电压定向，且定子电阻很小可以忽略，则 ＝“ ，‰＝０。又由于在并网过程中对定子侧的动 ‰ＴＬｒ ≈ｏ 态性能要求不高，忽略其动态过程，只考虑静态模型则 右． 子申． 方程． 出一ｐ 出一ｆ－Ｏ１ ≈一 】Ｌ ｉ —Ｕ 根据以上式子可得出ＤＦＩＧ空载并网前转子电流 内环控制策略，根据稳态电网电压定向控制策略和电 网电压定向空载并网控制策略得出的并网前后切换控 制框图如图２所示。 ／＼ 一 ＋㈨ ≈∞１Ｌ ｉｄ 一０ （３） Ｐ Ｑ 电网 图２控制策略切换 ３ 电网电压定向空载并网前后仿真分析 为了验证控制策略＿ ］的有效性，进行了仿真研究， 仿真中所使用的参数如下：双馈电机：额定功率２ Ｍｗ，定子额定电压０．６９ ｋＶ，极对数２，额定频率５０ Ｈｚ，定子电阻９２．５９ Ｑ，转子电阻８２．６４ Ｑ，定子电感 ２８８．６８ ｍＨ，转子电感２８８．０２ ｍＨ，互感２９７．４４ ＩＴＩＨ， 转动惯量０．５ Ｓ。风力机：额定功率２ Ｍｗ，风力机半 径４０ ＩＴ／，最佳叶尖速比６．８，最佳风能系数０．４１，齿轮 箱速比９３，额定风速１２ ｍ／ｓ，空气密度１．２２５ ｋｇ／ｍ３。 如图３所示为在ｔ＝０．５５ ｓ时并网切换控制的仿 真波形，在风速Ｖ＝１１ ｍ／ｓ时可以得到ＤＦＩＧ的最佳 转速，进行最大风能捕获，无功功率在ｔ＝２ Ｓ时由Ｑ＝ ０ Ｍｖａｒ变为Ｑ：０．５ Ｍｖａｒ，在 ＝２．５ Ｓ时风速变为１２ ｍ／ｓ达到额定风速。 蘸 通往电凉技术 ２０１１年９月２５目第２８卷第５期 Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｐ．２５，２０１ １，Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．５ 只在有功功率变化时刻稍有波动。由此说明有功功率 的调节不影响无功功率，无功功率的调节也不影响有 功功率。图３（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）为电网电压、定子电流、转 子单相电流。由图可知并网瞬间电网电压没有跳变， 转子电流的频率随着电机转速的变换而变化，定子电 流的频率则恒定在５０ Ｈｚ，只是随着风速的增大时定 ＼ 子电流幅值增大。由仿真结果表明，该系统具有良好 ・ 的控制精度和动态性能，并网过程平稳，实现了ＶＳＣＦ 匿 ．弹 运行。 ４结论 本文分析了空载并网的工作原理及优势，提出了 《４０００ 杂２０００ 电网电压定向空载控制策略，通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ 脚０ 建立了仿真模型，验证了控制策略的可行性。由仿真 ２０００ 结果表明，该系统具有良好的控制精度和动态性能，并 ４０００ ０ ０．５ １ １．５ ２ ２．５ ３ ３．５ ４ 网过程平稳，实现了ＶＳＣＦ运行。 ｔ／ｓ （ｇ） 参考文献： ４０００ ２０００ ［１］李建林，赵栋利，李亚两，等．几种适合变速恒频风力发电机 ０ 并网方式对比分析ＥＪ］．电力建设，２００６，２７（５）：８－１０． ２０００ 跫一４０００ ［２３刘其辉，贺益康，卞松江．变速恒频风力发电机空载并网 馨 ｔ／ｓ 控制［Ｊ］．中国电机工程学报，２００４，２４（３）：６－１１． （ｈ） Ｅ３］吴国祥，陈国呈．双馈变速恒频风力发电空载并网控制策 图３空载并网前后仿真结果 略［Ｊ］．电工技术学报，２００７，（７）：１６９—１７５． 由图３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）可知在发电机并网前由于没 ｒ４］ ＡｂＯ＿Ｋｈａｌｉｌ，Ａｈｍｅｄ Ｇ，Ｌｅｅ Ｄｏｎｇ Ｃｈｏｏｎ，ｅｌ ａ１．Ｇｒｉｄ ｃｏｎ— 有电磁转矩，一直处于加速状态，并网后在低风速时机 ｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌ３￣ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｉｎ ｎｄ ｅｎｅｒｇｙ 械转矩小，在高风速时机械转矩大，电机加速较快。图 ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］．Ｔｈｅ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃ— ３（ｄ）、（ｅ）为定子发出的有功及无功功率，并网瞬间由 ｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６，３（８）：１－５． 于定转子之问的磁场耦合，出现无功功率的交换，且可 Ｅ５］马神炜，俞俊杰，吴围祥，等．双馈电机风力发电柔性并网 以看出无功功率发生变化时，有功功率只在无功功率 方式的分析与比较［Ｊ］＿上海大学学报，２（）０９，１５（３）：２３８— ２４４． 变化时刻稍有波动；有功功率调节的过程中，无功功率 ｍｍ，ＩＰ＂，ｍ＇，＇＇＇＇＇ｌ’’，ｌ，－，ｍ，ｍ，ｍｌ，，，＇＇＇ｍ，ｍ，，，ｍ＇＇＇＇＇’’，ｌ，ｍｍ’ｍ＇＇＇＇＇’＇’＇ｌ＇ｍ，，，， ； 程艇信惑≮ 湖北省首艘太阳能电动船国庆前下水国产动力电池将经受严酷考验 湖北省首艘太阳能电动船将于今年国庆前与市民见面。该船采用纯电力驱动，能源消耗量仅需同等燃油船的１／４至１／３，大规 模商用后势必大大有利于武汉周边湖泊、汀河的污染治理工作。据该船生产商武汉发电设备制造有限公司总经理葛增亮介绍，该 船船体总长１６ ｍ，宽５．２ ｍ，可载４（｝人，两个锂电池太阳能电动机最大功率可达１．２万ｗ，最高时速１０ ｋｍ。从外观上看，该船与普 通游船没有区男Ⅱ，唯一不同之处在于其顶部安装了一块巨大三角形太阳能采光板。特别值得一提的是，该船完全采用电池驱动，运 行过程中不“喝”一滴油，因此对电池各项性能的要求非常高。据葛增亮介绍，该船采用河南环宇集团生产的１４７ Ｖ／４８０ Ａｈ电池 组，电池内阻小、比能量高、寿命长，可达到３年／１ ４００次的循环充电次数。“电池对这艘船的重要性不言而喻，当时在选择电池供 应商的时候也是非常谨慎的。最终确定选择河南环宇是在参观了河南环宇公司后，他们对生产环节的严格管理，以及良好的售后 服务都给我们留下了很深刻的印象。我们认为选择这样的供应商，心里踏实。”葛增亮如此评价自己的合作伙伴，让自己放心，也让 这艘电动船的未来消费者们放心。据介绍，这艘电动船目前已进入组装阶段，“十一”前将先在武汉东湖投用一艘试运营，在技术得 到进一步优化之后，武汉发电设备制造有限公司计划根据市场需求进行批量生产。目前，该公司已经具备了年产数十艘电动船的 生产能力。“就像电动汽车是未来汽车行业的发展趋势一样。面对日益严重的湖泊污染，电动船的发展也必将是大势所趋。”葛增 亮说。事实上，因为不会有明显颠簸和上坡的大电流放电，在我国现有锂电池技术水平下，电动船更适合电池的使用条件。 （本刊讯） ・ ５２・
