雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)仿真

摘要：為了能夠確保雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，特別需要引入適當(dāng)?shù)膭?lì)磁控制策略。文章從轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制以及電網(wǎng)次變頻器控制兩個(gè)角度入手，進(jìn)行了不脫網(wǎng)條件下雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)控制的研究工作，最后通過(guò)系統(tǒng)仿真的方式，驗(yàn)證了勵(lì)磁控制的可行性與重要性，以期引起各方重視。

關(guān)鍵詞：雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)；不脫網(wǎng)運(yùn)行；系統(tǒng)仿真；轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制；電網(wǎng)次變頻器控制 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM346 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.077

在當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，要求在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障的條件下，能夠通過(guò)引入雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)不脫網(wǎng)運(yùn)行的目的，同時(shí)達(dá)到支持并提高電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。為達(dá)到目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路在于：以不增加雙饋發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)硬件為基礎(chǔ)，在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的條件下，針對(duì)發(fā)電機(jī)與故障切除過(guò)程當(dāng)中暫態(tài)電磁的對(duì)應(yīng)關(guān)系，研究一種能夠避免轉(zhuǎn)子部分出現(xiàn)過(guò)電壓或過(guò)電流問(wèn)題，且實(shí)現(xiàn)不脫網(wǎng)運(yùn)行的勵(lì)磁控制措施，確保在電網(wǎng)發(fā)生故障條件下，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，同時(shí)使故障在切除后整個(gè)系統(tǒng)能夠迅速恢復(fù)至故障前的正常運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)這一思路，需要通過(guò)研究雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)仿真的方式，根據(jù)技術(shù)思路，以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。具體總結(jié)為以下三個(gè)方面：

1 轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，電網(wǎng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器通常使用IGBT作為功率開關(guān)。IGBT能承受最大暫態(tài)峰值電流大小會(huì)受到其結(jié)溫性能以及所對(duì)應(yīng)V-I安全運(yùn)行區(qū)的影響。一般來(lái)說(shuō)，IGBT器件所對(duì)應(yīng)的暫態(tài)峰值電流表現(xiàn)為2*穩(wěn)態(tài)電流。故而，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的條件下，對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器進(jìn)行控制的直接目的是：避免故障影響下轉(zhuǎn)子部分發(fā)生過(guò)電壓，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子電流大小進(jìn)行限制（原則上需要使其控制在2*額定電流范圍內(nèi)），以達(dá)到保障轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器運(yùn)行安全性的目的。為了保障變頻器性能的安全，建議采取的措施是：通過(guò)控制PWM開關(guān)頻率的方式，縮小電網(wǎng)故障下IGBT所對(duì)應(yīng)的開關(guān)損耗。

結(jié)合在電網(wǎng)故障條件下，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)與暫態(tài)電磁的相關(guān)性關(guān)系分析認(rèn)為：為了保障電網(wǎng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過(guò)壓現(xiàn)象，關(guān)鍵性的思路是通過(guò)利用轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器控制勵(lì)磁電壓的手段，抵消掉定子磁鏈暫態(tài)直流分量以及負(fù)序分量可能對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)造成的不良影響。從定子電阻機(jī)制的角度上來(lái)說(shuō)，在故障因素影響下，定子磁鏈暫態(tài)直流分量有一定的下降趨勢(shì)，故而在緩解故障可能誘發(fā)過(guò)電流、過(guò)電壓現(xiàn)象方面具有一定的可行性，由此達(dá)到在故障狀態(tài)下不脫網(wǎng)運(yùn)行的效果。

從以上分析來(lái)看，電網(wǎng)故障下為保障不脫網(wǎng)運(yùn)行的目的，勵(lì)磁控制的關(guān)鍵思路在于：在勵(lì)磁調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)之上，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流以及磁場(chǎng)進(jìn)行控制，從而避免定子磁場(chǎng)暫態(tài)直流分量與負(fù)序分量對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)造成影響，在此基礎(chǔ)之上通過(guò)對(duì)定子側(cè)電阻的應(yīng)用，達(dá)到理想的滅磁效果。

2 電網(wǎng)側(cè)變頻器控制

在故障狀態(tài)下，為滿足不脫網(wǎng)運(yùn)行的要求，對(duì)于電網(wǎng)側(cè)而言變頻器控制的核心思路是：在最大限度保障電網(wǎng)側(cè)變頻器綜合性能安全的基礎(chǔ)之上，對(duì)直流鏈電壓進(jìn)行恒定維持。此過(guò)程當(dāng)中需要注意的一點(diǎn)是：在電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)產(chǎn)生故障的條件下，若滿足“轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器不脫網(wǎng)運(yùn)行”的假設(shè)條件，則勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一定程度上的轉(zhuǎn)子有功功率變化，進(jìn)而引起直流鏈電壓的變化波動(dòng)。與此同時(shí)，電網(wǎng)故障所誘發(fā)的電網(wǎng)突變可能會(huì)造成電網(wǎng)側(cè)變頻器對(duì)直流鏈電壓的控制作用受到一定的限制。因此，為了更加明確地分析電網(wǎng)故障條件下，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)控制與直流鏈電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以考慮在極端惡劣工況下（即發(fā)生三相對(duì)稱短路故障條件下）的不脫網(wǎng)勵(lì)磁控制仿真，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖1所示。

結(jié)合圖1中的仿真結(jié)果來(lái)看：在極端惡劣工況下（暫不考慮電網(wǎng)系統(tǒng)受電網(wǎng)側(cè)變頻器的影響），直流鏈位置電壓取值的波動(dòng)多控制在±15%范圍內(nèi)。同時(shí)，考慮變頻器直流鏈電壓在設(shè)計(jì)上還預(yù)留有一定的裕量，因此在這種故障暫態(tài)條件下所產(chǎn)生的直流鏈電壓波動(dòng)問(wèn)題是完全可以被系統(tǒng)所接受的。除此以外，在故障狀態(tài)被改變后，通過(guò)變頻重新投入的暫態(tài)電流始終低于（2*額定電流）的限制，因此認(rèn)為變頻器的重新投入不會(huì)對(duì)電網(wǎng)側(cè)變頻器的安全運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證以上勵(lì)磁控制措施的可行性與可靠性，使用30kW繞線式感應(yīng)電機(jī)對(duì)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，發(fā)電機(jī)中電子繞組通過(guò)PWM變頻器進(jìn)行供電，通過(guò)矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬，根據(jù)控制算法對(duì)變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

圖2即為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在極端故障條件下勵(lì)磁控制的仿真結(jié)果。根據(jù)圖2來(lái)看，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器電流需要始終低于同一狀態(tài)下暫態(tài)電流峰值的極大值（2.0pu）。不但如此，為了在故障暫態(tài)的條件下，使轉(zhuǎn)子自身的電流動(dòng)態(tài)性能更加的理想與可靠，就對(duì)PWM變頻器的運(yùn)行有特殊的要求，即該變頻器需要通過(guò)短時(shí)過(guò)調(diào)制功能，達(dá)到提高電壓幅值水平的目的。通過(guò)以上對(duì)比分析數(shù)據(jù)來(lái)看，在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，即便故障狀態(tài)下轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的初相角存在一定的差異性，但仿真實(shí)驗(yàn)處理下的數(shù)據(jù)結(jié)果是高度一致的。從這一變化特點(diǎn)上來(lái)看，可證實(shí)的是：雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在不脫網(wǎng)條件之上進(jìn)行控制的相關(guān)策略在電網(wǎng)故障狀態(tài)下具有較高的準(zhǔn)確性，同時(shí)也驗(yàn)證了所建數(shù)值仿真模型的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以電網(wǎng)故障下發(fā)電機(jī)的暫態(tài)物理表現(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)，研究分析了在電網(wǎng)故障，基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在不脫網(wǎng)運(yùn)行的前提條件下實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁控制功能的具體途徑與策略，在這些相關(guān)措施中，充分關(guān)注了故障因素對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的影響以及在這一影響下其暫態(tài)的變化情況與特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流磁鏈進(jìn)行控制的方式，以抵消定子磁鏈當(dāng)中所存在的大量分量（包括暫態(tài)式以及負(fù)序式在內(nèi)），從而使得轉(zhuǎn)子側(cè)不會(huì)受到這些分量的影響。基于此，本文上述分析中還可通過(guò)合理應(yīng)用定子側(cè)電阻的方式實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)滅磁，最后基于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，分析論述了以上勵(lì)磁控制策略的可靠性，望引起

重視。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜寶星，劉觀起，楊玉新，等.基于組合保護(hù)方案提高DFIG低電壓穿越能力的仿真分析[J].陜西電力，2012，40（3）.

[2] 徐海亮，章瑋，陳建生，等.考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功支持的雙饋風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，（36）.

[3] 陳惠粉，張毅威，閔勇，等.集群雙饋風(fēng)電場(chǎng)的分次調(diào)壓控制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（4）.

作者簡(jiǎn)介：邱文娜（1975-），女，廣東揭西人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局助理工程師，研究方向：電力。

（責(zé)任編輯：蔣建華）