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串联网侧变换器的双馈感应风电系统改进控制(十)

时间:2015-01-09 10:09来源:未知 作者:admin 点击:
3 实验研究 为验证所提出的不平衡电网电压下采用SGSC的DFIG 系统改进控制策略的正确性和有效性,构建了一台采用SGSC 的模拟等值2 MW DFIG 实验系统,如图3 所示,系统中转子侧变换器和网侧变换器由一片TI TMS320F2812 DSP 统一控制,串联网侧变换器则由另一片TI TMS320F2812

     3 实验研究


     为验证所提出的不平衡电网电压下采用SGSC的DFIG 系统改进控制策略的正确性和有效性,构建了一台采用SGSC 的模拟等值2 MW DFIG 实验系统,如图3 所示,系统中转子侧变换器和网侧变换器由一片TI TMS320F2812 DSP 统一控制,串联网侧变换器则由另一片TI TMS320F2812 DSP 单独控制。网侧不平衡电压通过在系统公共端采用电感分压方式来模拟,实验中取大约10%的稳态不平衡电网电压条件(即负序电压与正序电压之比为10%)。实验系统参数和运行条件请参见附录。


     图4 给出了不平衡电网电压条件下,采用本文控制策略的实验结果。实验过程中DFIG 工作于同步转速1 500 r/min。需要进行说明的是,由于示波器的测量通道有限,图4 所获得波形是经多次重复实验(对同一运行工况)得到。图中的电网和定子负序电压、定子有功和无功功率、系统总输出有功和无功功率、电机转速以及网侧负序电流波形是由DSP采样计算得到,而其余波形均为示波器记录的实际波形。由图4(a)~(e)所示电压波形可以看出,虽然电网电压中含有负序电压分量(如图4(a)~(c)所示),但通过对串联网侧变换器的有效控制,在DFIG 定子电压中却成功消除了负序分量(如图4(d)~(e)所示),因此,RSC 仍可采用传统的矢量控制策略,在避免了复杂高阶矩阵求解的同时,使DFIG 机组定、转子电流均保持平衡,电机输出有功和无功功率也无二倍频波动,如图4(f)~(i)所示。


     GSC 运行于3 种不同控制目标时的DFIG 系统运行情况及性能对比如图4(A)、图4(B)及图4(C)所示。由图可见,不平衡电网电压条件下,通过对网侧负序电流的有效控制(图4(o)~(p)),GSC 的3种控制目标均得以实现。当GSC 运行于控制目标1时,DFIG 系统总输出有功功率二倍频波动得到成功抑制,如图4(A)(j)所示。同时,直流母线电压的二倍频波动亦得到有效抑制, 如图4(A)(l) 和图4(A)(m)所示,进一步验证了式(10)及式(18)的正确性。考虑到实验时功率较小,为了更清晰地说明,图4(A)(l)和图4(A)(m)分别给出了直流母线电压交流分量值和直流母线电压实际值。在图4(B)中,DFIG 系统总输出无功功率二倍频波动得到了有效抑制。但由于GSC 可控变量有限,系统总的有功功率及直流母线电压均存在一定程度的二倍频波动,其波动程度较控制目标1 大,如图4(B)(j)及图4(B)(l)所示。当GSC 的控制目标选定目标3 时,由图4(C)(o)及图4(C)(p)不难看出,GSC 的网侧负序电流被有效控制为零。由第2.2.4 节的分析不难得出,当网侧三相电流保持对称时,系统输出电流平衡的目标亦将得以实现。


     作为对比,为进一步说明所提改进控制策略的有效性,针对电网电压不平衡下采用SGSC 的DFIG 系统并联网侧变换器采用常规控制方式进行了相关实验,如图5 所示。由图可知,不平衡电压下网侧变换器采用常规控制,将使网侧三相电流不平衡程度进一步增大,如图5(b)所示。尽管发电机输出的有功和无功功率无二倍频波动(图5(m)和(n)),但系统的总输出有功和无功功率均呈现剧烈的二倍频脉动(图5(k)和(l)),同时系统直流链电压也存在较大程度的二倍频脉动(图5(c))。与采用文中所提3 种改进控制方案相比,系统运行性能明显下降。

 

    

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