电网电压反弹的原因分析及对策

电网电压反弹的原因分析及对策

0机组转子侧有定转子侧过电流、电压通常，当电网电压降低时，电动汽车的电压降低。同时，定额器的电压损失。因为定向器之间的强耦合关系会导致旋转侧的电流和电压损失。若电压跌落比较严重,还可能导致变流器电力电子器件的损坏。1母线电压稳定性控制网侧变流器完成LVRT的方案主要有:(1)在直流侧安装蓄电池、飞轮等储能装置。当电网电压波动或者负载扰动时,系统通过储能装置对直流母线电压进行调节,吸收或释放一定的功率,保持直流母线电压的稳定。这种装置的缺点是结构复杂、造价高。(2)直流侧带有卸载电阻,这种卸载电阻也可以使直流母线电压保持稳定。(3)增大直流侧电容。为了抑制瞬态时直流母线电压的波动,可以在直流侧增加大容量的电容,该方法不仅可以减少直流母线电压的波动,而且使整流桥和逆变桥的控制系统相互解耦,系统简单容易控制。这种策略的缺点是由于受各种条件的限制,直流侧电容不可能无限大,直流侧增加大电容,动态响应慢,系统体积大,寿命低。(4)优化前馈控制策略。当电网电压发生跌落时,网侧变流器同时受到负载和电网电压两方面扰动。根据输入输出之间功率平衡关系,设计新的前馈控制策略,使前馈信号包含有负载扰动和电网电压波动信息。当负载扰动或者电网电压波动时,都能快速给定相应的电流环参考指令,通过快速调节交流侧进线电流,使得系统功率平衡得以维持,从而避免直流母线电压产生较大波动,增强了整个系统的稳定性,使控制系统稳态时对负载大范围的扰动和电网电压波动都具有较强的抗干扰能力。2电网电压退出时,网侧变流器的控制目标双PWM变流器主电路拓扑结构如图1所示。图1中uga、ugb、ugc是三相电网电压通过变流器后的二次侧相电压,ura、urb、urc分别是转子三相绕组反电动势;L、R分别是交流进线电抗器电感和电阻;Lra、Rr分别是转子单相绕组漏感和电阻;C是直流侧电容。两个PWM变流器通过直流链相连接,直流侧母线电压的稳定靠滤波电容C来实现。在电网短路故障过程中准确控制网侧变流器与转子侧变流器是实现双馈感应发电机不脱网运行的关键所在,当电网发生短路故障时转子侧变流器能够输出足够的励磁电压是有效实现双馈感应风力发电机不脱网运行的前提。与此同时,在电网发生短路故障时,网侧变流器仍旧和电网保持连接,应确保故障过程中网侧变流器以及直流电容安全运行。因此,电网电压发生跌落时网侧变流器的控制目标应为:在保证网侧变流器安全工作,防止出现过电流的前提下尽可能维持直流母线电压稳定,保护直流侧电容。当系统处于稳态运行时,中间直流侧电容电压将处于平衡状态,保持不变,忽略电抗器和系统开关功率器件的损耗,可以认为网侧变流器输入的瞬时功率等于转子侧变流器励磁吸收的瞬时功率,即:其中,Pg是网侧变流器输入瞬时功率;Pr是转子侧变流器输出瞬时功率;ira、irb、irc分别是转子侧变流器三相电流瞬时值。当系统处于动态调节过程时,直流电容的瞬时功率等于网侧变流器输入的瞬时功率和转子侧变流器瞬时功率之差,即:其中,C是直流电容值;udc是直流母线电压。电网电压正常时,ugd为常数,所以有:由式(3)可知,直流母线电压的变化受到网侧变流器d轴电流和转子侧变流器励磁吸收的瞬时功率Pr的影响。由于转子侧变流器励磁吸收的瞬时功率和定子有功、无功功率有关,所以当电网电压跌落时,转子侧变流器励磁吸收的瞬时功率也将发生变化,从而导致直流母线电压的波动。由于直流电容是一个大惯性环节,直流母线电压调节环的调节速度慢,当转子侧所需励磁功率超出网侧变流器所能提供的最大功率时,直流电容将释放能量以满足转子励磁功率的需求,反之则直流电容吸收能量从而导致其电压的上升。所以,当电网电压跌落时,双馈感应发电机运行状态的突变,造成转子侧变流器励磁吸收的瞬时功率和网侧变流器输入功率的不平衡,使直流侧母线电压发生波动。3前馈信号igdref的计算由前面的分析可知,网侧变流器完成低电压穿越,若要限制直流侧母线电压的波动,则必须保证网侧变流器交流侧输入功率和直流侧输出功率平衡。若忽略开关损耗和线路损耗,即有如下关系式:将电网电压矢量定向在d轴上,且系统处于稳态运行时有:联立式(4)和式(5)可得:由于电流环具有快速的动态性能,忽略电流环的动态调节过程,取igd=igdref,令igdref=Ka/ugd,其中,igdref是igd的参考值,Ka为比例系数,将其代入式(6)可得:由式(7)可见直流母线电压只与负载电流有关,而与电网电压无关,所以对电网电压的扰动具有很好的抗干扰性。但是由于电网电压跌落时,网侧变流器会同时受到负载侧和电网电压两方面的影响,转子侧变流器发生变化必将引起直流侧的变化。若令igdref=Kb/iload,Kb为比例系数,将此式代入式(6)可得:当负载发生突变的时候,负载电流前馈控制信号跟踪负载电流的变化,迅速给出相应电流环的控制命令,通过电流环对交流进线电流快速调整,使输入功率能够跟随负载功率的变化,维持输入与输出之间的功率平衡,以保证母线电压基本不变。由式(8)可知,直流母线电压抗负载扰动能力较弱。为了提高直流母线电压对负载扰动和电网电压波动的抗干扰能力,结合以上两种情况,令igdref=Kciload/ugd,Kc为比例系数,将其代入式(6)可得:由式(9)可知,系统稳态运行时,直流母线电压与负载扰动和电网电压波动无关。而当发生负载扰动或电网电压波动时,前馈信号igdref=Kciload/ugd可以快速跟踪动态变化,调整进线电流,维持输入与输出之间的功率平衡,由此便实现了保持直流母线电压恒定的目的。经改进的控制策略只是在传统网侧变流器控制框图的基础上增加包含负载扰动和电网电压波动信息的前馈信号,如图2所示。4负载突变仿真对以上改进控制策略进行仿真验证,在t=1.3s时电网电压跌落至0.5pu,持续时间为t=0.2s,即在t=1.5s时故障切除。其仿真图如图3所示。由图3可知,当电网电压发生50%跌落时,相对于传统的控制策略,直流母线电压的峰值由原来的1.15pu减小为1.1pu。而且当电网故障消除后,改进的控制策略能够比传统的控制策略更早的使系统恢复稳态。图4所示为负载发生突变时的仿真图。由图4可知,当负载电阻Rload由40Ω变为60Ω时,与传统控制策略相比,改进的前馈控制使系统响应速度得到了提高,减小了直流母线电压的波动,对负载扰动有很好的控制效果。5网侧电压穿越控制策略低电压穿越技术是目前风力发电研究