电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略.pdf

第３９卷第ｌ４期２０１１年７月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ、，０Ｉ．３９ＮＯ．１４Ｊｕｌｙ１６，２０１１电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略姚骏，陈西寅，廖勇，黄嵩（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆４０００４４）摘要：详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况，根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求，提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案，同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率／直流链电压二倍频波动，抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标，进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析，验证了所提控制策略的正确性和有效性。关键词：风力发电；电网电压不平衡；直驱；永磁同步发电机；控制策略Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆａｄｉｒｅｃｔ－－ｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔ－－ｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ—ＹＡＯＪｕｎ，ＣＨＥＮＸｉｙｉｎ，ＬＩＡＯＹ＿０ｎｇ，ＨＵＡＮＧＳｏｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ＆ＳｙｓｔｅｍＳｅｃｕｒｉｔｙａｎｄＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＰＭＳＧ１ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｕｎｄｅｒｕｎｂＭａｎｃｅｄｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｓｏｆｔｈｅｇｒｉｄ・ｓｉｄｅｃｏｎｖｅ￣ｅｒｗｉｔｈｔｈｒｅｅｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｔａｒｇｅｔｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｄｖｏｌｔａｇｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｂｙｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｔｈｅｄｏｕｂｌｅｓｕｐｐｌｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｏｆａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ（ｏｒＤＣ・ｌｉｎｋｖｏｌｔａｇｅ），ｏｒｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｔｈｅｄｏｕｂｌｅｓｕｐｐｌｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅ￣ｏｒｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｇｒｉｄｓｉｄｅｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＰＭＳＧｓｙｓｔｅｍｄｕｒｉｎｇｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｕｎｂａｌａｎｃｅｃａｎｂｅｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＰＭＳＧｓｙｓｔｅｍｂｅｈａｖｉｏｒａｒｅｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｓｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１００７０９７）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ－ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅ；ｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｎ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＰＭＳＧ）；ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ中图分类号：ＴＭ６１４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－３４１５（２０１１）１４．００９９０８０引言永磁直驱风力发电系统省去了电刷、滑环和齿轮箱等故障率较高的部件，采用电机直驱和全容量并网发电方式，其发电效率和运行可靠性得以较大幅度提高，在大型变速恒频风力发电领域正逐步得到广泛应用【Ｊ。由于我国风能资源丰富的地区大都地处偏远，因此现有风电场与电力主干网的连接基金项目：国家自然科学基金项目（５１００７０９７）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２Ｏ０７ＡＡ０５Ｚ４２２）；中央高校基本科研业务费资助项目（ＣＤＪＺＲ１１１５０００９）较弱，由电网负荷不平衡或电网发生故障所引起的风电场母线电压不平衡的情况时有发生，这将恶化并网运行永磁直驱风电机组的运行性能。当电网电压处于不平衡时，若仍采用基于电网电压平衡的控制方式实现永磁直驱风电机组并网发电，则很小的不平衡电压就将产生并网三相电流不平衡，造成直流母线电压发生脉动，并导致馈入电网的功率发生振荡，从而大幅降低输出电能质量并严重影响发电系统和电网的安全运行。而为了适应新的电网运行导则，要求风电机组能在一定程度的不平衡电网电压条件下保持并网运行ＬＩＪ。因此，进一步研究增强电网电压不平衡下永磁直驱风电机组运行性能的．１Ｏ０．电力系统保护与控制控制策略就具有重要的现实意义。目前已有文献针对电网电压不平衡下永磁直驱风电机组的运行与控制进行了研究［６，１４－１６】，如文献『６，１４］通过对网侧负序电流的控制来抑制并网变流器输出有功功率二倍频脉动，实现了直流母线电压稳定控制及并网有功稳定控制。但现有文献主要是针对并网有功控制展开研究，而对于电网电压不平衡下永磁直驱风电机组的并网无功控制或抑制负序电流控制还缺乏深入探讨。而随着风电并网容量的增加，新的电网运行导则对大容量风电系统也明确提出了并网无功功率运行要求，即在某些电网故障运行场合要求风电系统向电网提供稳定的无功功率支持以满足电网电压要求；另一方面，也希望并网电流负序含量在一定限度以内，以满足并网电能质量要求。由于电网电压不平衡下永磁直驱风电机组并网变流器具有多个控制自由度，因此可以通过对并网变流器的灵活控制来满足电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的不同运行要求，进一步增强电网电压不平衡下该类型风电系统的运行性能。本文在分析电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为的基础上，根据风力发电机在电网电压不平衡条件下的运行规程，提出了并网变流器的三种控制目标，同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量，并建立了在双同步ｄｑ坐标轴系下的网侧变换器控制模型。通过仿真研究了电网电压不平衡条件下１Ｍｗ永磁直驱风电系统的运行行为，仿真结果验证了所提控制策略的有效性。１电网电压不平衡时永磁直驱风电系统运行分析为方便表述，以下分析中，下标ｇ表示电网相关物理量；上标＋，一分别表示正向及反向同步旋转坐标轴系；下标＋，一分别表示正序分量和负序分量。电网电压不平衡时电网电压和电流中将包含正序和负序分量，在图１所示的正负序双同步ｄｑ旋转坐标轴系下，电网电压和电流矢量可分别由正序和负序矢量合成表达为ｇ“＝ｅ十“＋ｅ１一“ｌｆ＝正｜ｑ＋＋ｅ１ｑ一＝髓一“＋ｅｌｆ＋“＝ｅ耐《＿ｄｑ＋＋ｅ１一茜＝＋＋ｅ一＝一＋ｅ茜＋图１正负序双同步ｄｑ坐标轴系Ｆｉｇ．１Ｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｄｏｕｂｌｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｑｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｘｅｓ根据式（１）和（２），将电网电压和电流矢量分别经正向和反向同步旋转坐标变换后，经截止频率为２ｃｏ的陷波滤波后可得到在正反转同步轴系下的电网电压和电流ｄｑ轴分量：＋、甜＋、一、一利＋、ｑ＋、一、ｑ一。不平衡电网电压下流经网侧变换器的功率将存在二倍频波动【Ｊ，即Ｓ＝＋ｊＱｇ＝ｕｓｉｇ＝（ｐｇ～＋一２ｃ。ｓ２０９ｔ＋Ｐｇ＿ｓｉｎ２ｓｉｎ２）＋（３）ｊ（Ｑｇ一＋一。。ｃｏｓ２ｗｔ＋Ｑｇ一。ｉ２ｓｉｎ２ｏ９ｔ）其中：下标ａｖ、ｓｉｎ２及ｃｏｓ２分别表示功率的直流分量（平均功率）和二倍频正、余弦波动分量；６９表示同步电角速度；上标八表示矢量的共轭。在同步旋转ｄｑ坐标轴系下，式（３）６ｇ各分量的幅值可表示为斗ｒ，由式（４）可知，永磁直驱风电机组网侧变换器具有三个独立运行模式，为使得永磁直驱风电系统适应电网电压不平衡下的不同运行要求，网侧变换器可采用以下三种控制方案。１）通过注入适当的电网负序电流，抑制网侧变换器的二倍频有功功率脉动，以满足电网电压不平衡下并网有功功率要求；２）通过注入适当的电网负序电流，抑制网侧变换器的二倍频无功功率脉动，以满足电网电压不平衡下并网无功功率要求。嘻嘻略嘻一一一一一一一一●●●＿＿＿ｆ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ｆ－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－ｔ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－Ｊｔ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－，ｔ－Ｊ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ｆ＝姚骏，等电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略．１０１．３）控制电网负序电流为零，实现网侧变换器电流平衡，以满足电网电压不平衡下并网电流要求。因此，在电网电压不平衡条件下，可根据永磁直驱风力发电机组不同的运行要求，建立相应的动态控制模型，选择合适的控制方案增强电网电压不平衡下永磁直驱风电机组的稳定运行能力。而对于永磁直驱风电机组机侧变换器，由于并网双ＰＷＭ变换器的直流侧电容量较大，因此较小程度不平衡电压下直流母线电容电压的二倍频脉动也较小，而如果采用抑制有功二倍频脉动控制方案还可抑制直流链电压脉动，因此机侧变换器仍旧可以采用传统的功率、电流双闭环矢量控制策略，以使得电机输出功率和电磁转矩保持稳定。２电网电压不平衡时网侧变换器的控制策略目前，已有文献针对电网电压不平衡下网侧变换器进行了建模与控制策略研究，主要集中在抑制并网有功二倍频脉动方面，且所建立的正负序电流给定模型均是在假设并网无功为零的前提下获得，由此所构成的控制模型并不精确。因此本文将根据网侧变换器不同的控制目标，给出便于实时控制系统实现的详细控制模型。在不平衡电网电压下，对网侧变换器采用双同步旋转坐标轴系下的网侧电流控制，为简化控制，采用电网正序电压定向方式，即正向同步旋转坐标轴系ｄ轴定向于电网正序电压矢量，电网正、负序电压矢量的分解采用网侧锁相环（ＰＬＬ）实现【ｌ，而反向同步旋转坐标轴系的ｄ轴角度与正向旋转轴系ｄ轴角度相反，即＋＝甜＋＝０（５）＋＝一＝一＋由式（４）可知，网侧正负序电流分量与网侧输出有功、无功平均值及其相应的二倍频分量相关，因此建立网侧控制模型的关键在于根据不同的控制目标得到网侧正负序电流分量的给定值。１）以抑制输出有功功率二倍频波动为目标即令。ｉ２＝ｃｏｓ２＝０，结合式（４）和（５）有：．一●ｆｇｄ一一＋一＋０—Ｕｇｄ一—０一甜＋Ｕｇｑ一一一—Ｕｇｄ一０一ｚｆ一＋００由式（６）可进一步得到该目标的指令电流值为蕾蒜．一●ｚｇｄ一＋。三一－一２’＋著＋甜：一’．‘二一材嚣一＋‘甜二一一“一：＋式中：＝＋；＝ｇ－ｄ２一＋ｇｑ－２一；上标表示指令给定；表示网侧变换器输出的平均无功功率指令；表示网侧变换器维持直流母线电压稳定所需的平均有功功率指令，与直流母线电压平均分量相关。当网侧变换器的直流母线电压调节器采用ＰＩ调节器时，其调节器输出与网侧变换器的直流电流指令０相对应ｆｌ７］，即有＝［（＋１）／］（一。）・（８）式中，和分别为直流电压ＰＩ调节器的比例系数和积分时间常数。由永磁直驱风电系统并网双ＰＷＭ变换器的拓扑结构可知，系统直流母线电容瞬时功率为流经机侧变换器和网侧变换器的瞬时功率之差为１，ｆ２二Ｃ＝一（９）２…式中，尸ｍ为电机输出瞬时有功功率。由于机侧变换器仍以对称方式工作，因此认为式（９）中的电机功率可保持稳定无波动，而流经网侧变换器的二倍频瞬时功率将使得直流母线电压存在二倍频脉动，这将影响直流电容的使用寿命和系统的运行稳定性。在不平衡电网电压下的直流母线电容瞬时功率可以表示为ｃ＝一＝（ｅｍ一）一（１０）（２ｃｏｓ２ｒｏｔ＋尸ｇ＿ｓｉｎ２ｓｉｎ２ｒｍ）稳态下直流母线电压可表示为平均分量与波动分量之和，即，（，）＝（＋（，））兰＋２（ｆ）（１１）结合式（１０）和（１１），直流电压二倍频脉动可表述为．１Ｏ２．电力系统保护与控制：型！±塑！（】２）ｄｔｃ根据目标：＝ｃｏｓ２＝０可知，在抑制网侧有功二倍频波动的同时，并网变流器直流链电压的二倍频波动亦可得到有效限制，这将有利于直流电容运行和提高系统的运行可靠性。２）以抑制输出无功功率二倍频波动为目标即令Ｑｇ。ｉ２＝：，结合式（４）和（５）有＿ｃｏｓ２０Ｉｇｄ＋毒Ｊ毒。嘻～１－ｏ～ｆ一０ｌ一０ｊＯ０（１３）由式（１３）可进一步得到该目标的指令电流值为≮．一｝一．一●１ｇｑ一＋・＋＋・一“一‘“嚣＋：一．研十（１４）式中：，，和＿ａｖ的含义与控制目标１）中一致。３）以抑制网侧负序电流为目标令式（４）中￣－－一：岳一＝０，结合式（４）和（５）有豺０＋ｌ一＋Ｊｌｊ由式（１５）可进一步得到该目标的指令申流值．＋ｚｇｄ＋蒜．一●一Ｕｇｄ＋ｇｄ＋００（１６）％一警＋（１７）＝一＋一一瘩＋一哳一詈（１８）“＝一一一“ＪＬｇ＋白一＋一结合式（７）、（１４）、（１６）及式（１７）、（１８）可得双同步ｄｑ旋转坐标轴系下网侧变换器的正负序控制电压方程为式中：１和１分别为正序电压ＰＩ调节器的比例系数和积分时问常数；２和ｒｉ２分别为负序电压ＰＩ调节器的比例系数和积分时问常数。图２给出了在不平衡电网电压下永磁直驱风电系统网侧变换器控制框图。通过将电网电流正序矢量和负序矢量分别经坐标变换和陷波滤波后可得正反转同步旋转轴系下的电网正序和负序电流分量，然后经式（１９）和式（２０）的调节后得到网侧变换器控制电压矢量。考虑到在电网电压平衡时，电网电压和网侧电流中将不含有负序分量，因此所提控制方案同样适用于电网电压平衡时的情况，而无需在电网正常和电网电压不平衡时切换控制算法。图２电网电压不平衡时网侧变换器控制框图—Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｔｒｏｌｄｉａｇｒａｍｏｆｇｒｉｄｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｕｎｂａｌａｎｃｅ３仿真研究杰鼻霆压曼睾为验证电网电压不平衡时永磁直驱风电机组套转坐标轴系中的正负序数控制茬“ｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ学模型可分别表示为ｎ曩景统进行了仿９＋“＋＋一☆‘一一落嚣ＤＤ＋＋＝＝矗＋●●●●●，，，，、【０２一～鹊甜＋＋一一鸣一＋一一一一｛ｆＤＵ＋＋瞳盹一一ＩＪＩＪ一一●●●●●●●●ｒ，、Ｌ一一一一喀喀姚骏，等电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略．１０３．真研究。作为对比，本文分别给出了永磁直驱风电机组应用传统控制策略和采用本文所提控制策略的仿真结果。永磁直驱风力发电系统参数如下：ｆ１）进制永磁同步发电机：额定容量１Ｍｗ，定子额定电压６９０Ｖ，额定电流８５０Ａ，极对数２８，额定转速２．３ｒａｄ／ｓ，定子相电阻０．００６Ｑ，交轴电感２．５６ｍＨ，直轴电感２．５６ｍＨ；（２）电网侧变换器：直流侧设定电压１２００Ｖ，直流侧电容１６ｍＦ；（３１风力机：空气密度１．２２５ｋｇ／ｍ，风轮半径３０ｍ，最佳叶尖速比６．２５，最优效率０．４３８１，额定风速为１１ｍ／ｓ。图３～图６分别给出采用传统控制策略、抑制网侧有功二倍频波动策略、抑制网侧无功二倍频波动策略以及抑制网侧负序电流策略的仿真结果。除抑制无功二倍频波动策略的仿真外，其他三种仿真计算中发电系统均输出有功功率１ＭＷ，无功功率０Ｍｖａｒ一而在抑制无功二倍频波动策略的仿真中，发电系统输出有功功率１ＭＷ，无功功率０．３２９Ｍｖａｒ，即超前功率因数为０．９５。在３．０Ｓ时电网电压出现不平衡，电网电压不平衡度为６％，３．６Ｓ时电网电压不平衡消除。从图３可知，电网电压不平衡下永磁直驱风电系统网侧变换器若采用传统的正序电网电压定向矢量控制策略，即使电网电压不平衡程度较小，网侧变换器输出的有功功率、无功功率中也将出现明显的二倍频波动，直流侧电压波动为２４Ｖ左右，且负序电流含量较大，负序电流峰值达到１９０Ａ，这将严重影响发电系统的稳定运行及电网运行的稳定性。由图４可知，采用抑制有功波动的控制策略后，电网电压不平衡时发电系统输出有功功率稳定在１Ｍｗ，基本消除了有功二倍频脉动，直流链电压波动降低到１０Ｖ以下，较采用传统控制策略时直流链电压波动的幅值有较大程度下降。为抑制有功功率波动，网侧电流中将产生一定的负序电流分量，注入负序电流峰值仅为６７Ａ左右，与采用传统控制策略相比有大幅下降。从正负序指令电流值及相应的电流反馈值来看，采用双同步ｄｑ坐标系下的正负序电流矢量控制策略可实现正负序ｄｑ轴电流的稳定跟随控制，动态响应性能良好。由于受式（４）控制自由度的限制，在抑制有功波动的同时无法同时实现对无功波动的抑制，因此并网无功功率中将含有一定程度的二倍频波动。由图５可知，采用抑制无功波动的控制策略后，电网电压不平衡时发电系统输出无功功率稳定在０．３２９Ｍｖａｒ，，基本消除了无功二倍频脉动，在电网要求稳定输出无功功率的场合下，该方案将具有显著的控制效果，并网无功运行能力可以得到明显增强。与抑制有功波动相类似，这时网侧电流中也将产生一定的负序电流分量，而输出的有功功率中也将含有一定程度的二倍频波动。：：≥§－１．５０２．９３３１３．２３．３３４３５３．６３．７３．８ｔ／ｓ……‘ＬＱＩＩＩｌｉｍｔｎｍｍｔｍｌｌｌｕｍｌｌｌｌｔｔｍｎＩｌＩ＿～．’’’…ＩｌＩｌ唧卿呷川Ｉ唧ｌＩＨ唧ＩＩ．・ｌＩＩＩＩ¨ⅢⅡＩ山Ｉ．ＩＩ－址咖ＩＩＩ．１Ｉ¨¨“－¨¨…‘ｎＩＩｍＩＬＩ－．．．．。ｌｌｌＩ＂ｌＩ唧胛．图３电网电压不平衡时采用传统控制策略的仿真结果Ｆｉｇ－３Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｕｎｂａｌａｎｃｅ，１０４．电力系统保护与控制≥羔０５高０２５§。０２５０５ＩＩＩｌ¨Ｉ山¨¨ｌ址山ＩＩ山－山ＩＩ山ｍｕ山ＩＩｌ¨岫’１ＩＩｌｌｆｌｌ？ｇＵｉｌｍｆｐｌｌｌｌｌｌｆＵＩｍｌｌｍｆｌｌｔｌｌｌｌｐｌＴｆｐｍｌ－…‘“‘Ｊ．山・・ＬＩｂ．土ｕ¨▲Ｉ．山・ＩＬ¨▲‘▲“－ｈ－山ＩＪ＾＾ｄ…一－…—’’…’’■”‘”●’一。１Ｔｎｕｎ＇Ｔ唧Ｈ。。－叶ｎｒ＿ｌＴ…’’ｔｉＳ图４电网电压不平衡时抑制有功波动的仿真结果Ｆｉｇ．４Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｕｎｂａｌａｎｃｅ由图６可知，采用抑制网侧负序电流的控制策略后，电网电压不平衡时发电系统并网电流保持三相对称，基本消除了并网负序电流。在电网负序电压和正序电流的作用下，发电系统并网有功和无功功率将存在一定程度的二倍频波动，当电网电压不平衡程度较低时，所引起的功率和直流链电压二倍频波动程度也较小。因此，在电网要求并网三相电流平衡度高的场合下，该方案将显著提升发电系统的输出电流质量。表１进一步给出了采用四种不同控制策略时发电系统主要运行参量的仿真结果对比。表中的不平衡度定义为负序分量幅值与正序分量幅值之比，而各分量波动的情况由波动峰值与额定值之比来表述。…‘‘Ⅲ‘‘‘ｌ１．－－山Ｉ山Ｉ山・山－山Ｉ・Ｉ出－・址Ｉ山山山ｌ山Ｉ山ＩＬ～～’”’’Ｔ一Ｔ－－ｌ，ｎ０丌ｎｆｆｌ即ｌ朋唧＇－．¨¨’…・Ｔｌｐｌ……’一…………上．。一．．。．．：……………………………‘一一一一一Ｔ………‘“Ⅲ‘●▲—．Ｉ－．Ｉ．山山Ｌｉ－ＩＬｕ山【ＩｄＩＩｌｌＩＩ－Ｉ－ｈＩＩＩＬＬＩ．’’’”’’’’”’耵ｌＩＩ）ＵＰＩｍ叩＿，Ｕｌ。Ｉ｜１１１１１ｌ－ｌ啊Ｈ丌叶－ｒ’２００１ｏ０ｊ０ｊ－１００‘……………ｑ。．■—＿衄：ｍ】＝●■■■：＝二二：：＿－………………。１一平。姚骏，等电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略表１不平衡电网电压下采用传统控制策略的ＰＭＳＧ系统与采用本文所提控制策略的ＰＭＳＧ系统控制・性能比较Ｔａｂ．１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｃｏｎ￣ｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＰＭＳＧｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅａｎｄｔｈｅＰＭＳＧｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ０１ｊｊ’～…【．．．．．．．．．．．．．．。。．．．。。．．．。．。．．．。一一一一一一一一’…■－・“……Ｌ．ｍＩｕ‘Ⅲ……“．。．－。ｍ一哪呷…一”…一■ｆ一一．．．．●～一…一－．～…・．－．●●■■一．－．一．－．……’’’。丌－●●’’一１＇ｒｒ＿¨¨●●’Ｔ＿＇－¨’”…丌…一～…………Ｌ一一Ｌ一…’…＿一＿。一＿图６电网电压不平衡时抑制网侧负序电流的仿真结果Ｆｉｇ．６Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｇｒｉｄｃｕｒｒｅｎｔｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｕｎｂａｌａｎｃｅ４结论本文首先研究了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电系统的运行行为，然后结合电网电压不平衡下对风力发电机组的不同运行要求，针对永磁直驱风电系统网侧变换器提出了三种控制目标，采用正序电网电压定向方式简化得到易于实时系统编程实现的网侧变换器正、负序电流参考量，通过对不平衡电压下采用传统控制策略以及采用本文所提控制策略的永磁直驱风电机组进行仿真对比研究，得出以下结论：１）所提运行控制方案可抑制并网有功／直流链电压二倍频波动、并网无功二倍频波动或抑制并网负序电流，为实现电网电压不平衡下永磁直驱风电系统的运行控制提供了可选的控制方案，也为进一步增强该类型风电系统在不平衡电压下的运行性能及提高其所并电网的运行稳定性奠定了基础。２）由于采用双ｄｑ控制策略时需要分解网侧电流的正、负序分量，这将影响不平衡电压条件下永磁直驱风电系统的动态控制能力，因此应进一步研究无需采用正负序电流分离的网侧变换器电流控制策略，进一步提高电网电压不平衡下永磁直驱风电系统的运行性能。参考文献［１］王文亮，葛宝明，毕大强．储能型直驱永磁同步风力发电控制系统［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１４）：４３・４８．ＷＡＮＧＷｅｎ－ｌｉａｎｇ，ＧＥＢａｏ－ｍｉｎｇ，ＢＩＤａ－ｑｉａｎｇ．Ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂａｓｅｄｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｗｉｎｄｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１４）．４３＿４８．［２］赵梅花，阮毅，杨勇，等．直驱式混合励磁风力发电系统控制策略的研究［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１２）：１９。２３．—ＺＨＡＯＭｅｉｈｕａ，ＲＵＡＮＹｉ，ＹＡＮＧＹｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｓｔｕｄｙｏｎｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｎｔｙｐｅｈｙｂｄｄｅｘｃｉｔ￣ｉｏｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ．１０６．电力系统保护与控制’Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１２）：１９２３．［３］ＤｅｈｇｈａｎＳＭ，ＭｏｈａｍａｄｉａｎＭ，ＶａｒｊａｎｉＡＹ．Ａｎｅｗｖａｒｉａｂｌｅ－ｓｐｅｅｄｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｚ・Ｓｏｕｒｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，—２００９，２４（３）：７１４７２４．１４ＪＱＩＡＯＷＱＵＬＨａｒｌｅｙＲＧ．ＣｏｎｔｒｏｌｏｆＩＰＭｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｆｏｒｍａｘｉｍｕｍｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｓａｔｕｒａｔｉｏｎ［Ｊ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００９，４５（３）：ｌ０９５．Ｉ１０５．［５］ＶａｌｅｎｃｉａｇａＦ．ＰｕｌｅｓｔｏｎＰＦ．Ｈｉｇｈ－ｏｒｄｅｒｓｌｉｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎａｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００８，２３（３）：８６０－８６７．—［６］ＣｈｏｎｇＮｇ，ＬｉＲａｎ，ＪｉｍＢｕｍｂｙ．Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄ－ｆａｕｌｔｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００８，４４（３）：８４５．８５６．［７］姚骏，廖勇，瞿兴鸿，等．直驱永磁同步风力发电机最佳风能跟踪控ＳｔＪ［ｊ］．电网技术，２００８，３２（１０）：１１－１５．ＹＡＯＪｕｎ，ＬＩＡＯＹｏｎｇ，ＱＵＸｉｎｇ－ｈｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｏｐｔｉｍａｌｗｉｎｄ－ｅｎｅｒｇｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆＤｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３２（１Ｏ１：ｌ１．１５．［８］赵仁德，王永军，张加胜．直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控￣ｌＪ［Ｊ１．中国电机工程学报，２００９，—２９（２７）：１０６１１１．ＺＨＡＯＲｅｎ－ｄｅ，ＷＡＮＧＹｏｎｇ￣ｕｎ，ＺＨＡＮＧＪｉａ－ｓｈｅｎｇ．ＭａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｗｉｎｄＥｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｎｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ【Ｊ】．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００９，２９（２７）：１０６・ｌ１１．［９］杨恩星，仇志凌，陈国柱，等．基于载波移相并联的直驱风力发电并网变流器控制策略［Ｊ］．中国电机工程学报，２００９，２９（２１）：８－１３．—ＹＡＮＧＥｎ－ｘｉｎｇ，ＱＩＵＺｈｉ－ｌｉｎｇ，ＣＨＥＮＧｕｏｚｈｕ，ｅｔａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｇｒｉｄｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｉｎｇｐａｒａｌｌｅｌ［Ｊ］．—ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００９，２９（２１）：８１３．［１０］李建林，高志刚，胡书举，等．并联背靠背ＰＷＭ变流器在直驱型风力发电系统的应用［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２（５１：５９．６２．——ＬＩＪｉａｎｌｉｎ，ＧＡＯＺｈｉｇａｎｇ，ＨＵＳｈｕ￣ｕ，ｅｔａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｒａｌｌｅｌｂａｃｋ－ｔｏ－ｂａｃｋＰＷＭｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｎｔｈｅ—ｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ】．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆ—ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（５）：５９６２．［１１］汪令祥，张兴，张崇巍，等．基于位置观测的直驱系统无速度传感器技术［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，‘３２（１２）：７８８２．—ＷＡＮＧＬｉｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＣｈｏｎｇｗｅｉ，ｅｔａＩ．Ａｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｂａｓｅｄｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆ—ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（１２）：７８８２．［１２］中国电力科学研究院．风电场接入电网技术规定（修订版）【Ｓ】．北京：国家电网公司，２００９．［１３］郑艳文，李永东，柴建云，等．不平衡电压下双馈发电系统控制策略【Ｊ】．电力系统自动化，２００９，３３（１５）：８９．９３．———ＺＨＥＮＧＹａｎｗｅｎ，ＬＩＹｏｎｇｄｏｎｇ，ＣＨＡＩＪｉａｎｙｕｎ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００９，３３（１５１：—８９９３．［１４］孙素娟，赵紫龙，陈玮．电网不对称时直驱风电机组双电流环控制策略『Ｊ１。水电自动化与大坝监测，２０１０，３４（１）：４１－４５．——ＳＵＮＳｕ－ｊｕａｎ，ＺＨＡＯＺｉｌｏｎｇ，ＣＨＥＮＷｅｉ．Ｄｕａｌｃｕｒｒｅｎｔ—ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｆｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｎｗｉｎｄｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｇｒｉｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＤａｍＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，２０１０，３４（Ｉ）：４ｉ－４５．［１５］张延迟，龚锦霞，解大，等．永磁直驱式风力发电机三相不平衡的补偿控制算法［Ｊ］．华东理工大学学报：自然科学版，２００９，３５（６）：８９２．８９６．ＺＨＡＮＧＹａｎ．ｃｈｉ，ＧＯＮＧＪｉｎ．ｘｉａ，ＸＩＥＤａ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｄｉｒｅｃｔｄｒｉｖｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｓｏｕｒｃｅｖｏｌｔａｇｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ—Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００９，３５（６）：８９２８９６．［１６］杨晓萍，段先锋，钟彦儒．直驱永磁同步风电机组对称故障穿越的研究『Ｊ１．电机与控制学报，２０１０，ｌ４（２）：７－１２．———ＹＡＮＧＸｉａｏｐｉｎｇ，ＤＵＡＮＸｉａｎｆｅｎｇ，ＺＨＯＮＧＹａｎｒｕ．Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆａｕｌｔｓｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｏｆｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０ｌＯ，１４（２１：７一ｌ２．［１７］张崇巍，张兴．ＰＷＭ整流器及其控制【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００３．收稿Ｅｔ期：２０１０－０７－２２；修回Ｅｔ期：２０１０－１２－０８作者简介：姚骏（１９７９－），男，博士，副教授，主要从事新型电机及其控制的研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｏｐｙｊ＠１６３．ｃｏｍ陈西寅（１９８６－），男，硕士研究生，主要从事新型电机及其控制的研究；廖勇（１９６４－），男，博士，教授，博士生导师，主要从事电机运行与控制方向的教学和科研工作