基于正负序的双dq 电流控制策略的双馈风电机组研究

李巧琦，马丽军

（南通理工学院，江苏 南通 226000）

0 引 言

目前，有大量的文献研究双馈风电机组电网电压的正常情况，同时有大量文献研究双馈感应电机（Double Fed Induction Generator，DFIG）风力发电系统的数学模型和控制策略[1-2]。当电网发生不对称故障时，采用传统控制策略的网侧变换器将产生2 倍频的有功信号和无功信号[3-4]。这些2 倍频变化将被反馈回直流侧，引起直流母线的负荷变化，从而造成整个电网的负荷变化。通过深入的分析和探索，发现采取双重电流控制策略可以有效减少负序电流，改善电网的运行状态[5]。同时，采用双重旋转坐标系下的双电流控制策略，可以进一步稳定直流母线电压并降低直流侧波动。

1 不平衡电网电压对网侧变换器的影响

DFIG 双馈风电系统中，网侧逆变器的主要功能是控制直流母线电压保持在恒定数值。然而当三相电网工作在不平衡状态时，脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）变换器开关对应的触发角度会发生不对称的情况，导致PWM 变换器中非特征谐波的含量增加。当电网中出现电压不平衡时，通过对传统网侧变换器控制策略的仿真研究，发现在系统初始状态下，电网电压三相平衡且没有负序和零序分量，DFIG 网侧变换器会产生瞬时有功功率Pg和无功功率Qg等[6]。经过分析，当三相短路时，直流母线电压明显包含2 倍频波动，影响DFIG 风力发电系统的稳定性。

2 电网电压不对称时抑制负序电流的控制策略

2.1 外环设计

为确保三相电网电流的稳定性，采取负序电流的抑制策略至关重要。负序电流的参考值为

2.2 内环设计

在内环设计方面，文章提出一种基于电流前馈解耦的PI 控制器。该控制器针对三相逆变器的正负序电流，提出前反馈解耦算法的设计，表达式为

3 基于正负序的双dq 电流控制策略

3.1 基于正负序的双dq 电流控制策略工作原理

当电网处于非稳定状态时，传统PI 控制策略不能充分反映负序分量的变化，导致变换器产生的瞬间有功功率和无功功率变化超出正常范围，影响系统性能。交流侧的功率发生剧烈波动，将影响变换器的直流端，使直流母线电压出现振荡。为维持这一状态，将稳定的有功功率输入电网，消除振荡，使二次谐波为零。将负序电流指令值设置为0，在保证单位功率因数的情况下使用变换器。该指令值通常用来描述变换器的瞬时值，即

式中：pg0为交流侧平均有功功率；D为控制器常数。当电网电压失去均匀性时，采用三相PWM 整流电路来抑制二次谐波很有必要。将相应的负序分量添加到整流电路中，能够有效降低二次谐波，实现对直流电压二次谐波的有效控制[8]。

在使用PI 控制器的情况下，三相PWM 整流器的输出与直流指令相对应。三相PWM 整流器的直流电流可以表示为

三相PWM 整流器平均有功功率为

通过对三相PWM 整流器正负序电流的无静差控制，可以实现对直流电压二次谐波的有效控制。

3.2 基于正负序旋转坐标系下双电流控制系统的仿真分析

通过使用双馈风力发电系统模型，得到输出直流电压波形如图1 所示。

图1 输出直流电压波形

从图1 可以看出：在0.2 s 接入A 相短路故障，直流母线电压出现波动；在0.6 s 加入本控制策略后，母线电压的倍频分量得到抑制。综合分析，采用双电流控制策略将这种变化降至最低，稳定性较好。

4 结 论

通过基于电流前反馈解耦的PI 控制器的电网电压分离方法，可以有效解决电力系统的电压不均匀问题，优化DFIG 的动态稳定性。经过MATLAB/Simulink 的模拟仿真，成功将DFIG 风力发电机的运行状态调节至预期的最佳状态，实现DFIG 风电机组的稳定性控制。