双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真

摘要：为了能够确保双馈感应发电机稳定运行，特别需要引入适当的励磁控制策略。文章从转子侧变频器控制以及电网次变频器控制两个角度入手，进行了不脱网条件下双馈感应发电机控制的研究工作，最后通过系统仿真的方式，验证了励磁控制的可行性与重要性，以期引起各方重视。

关键词：双馈感应发电机；不脱网运行；系统仿真；转子侧变频器控制；电网次变频器控制 文献标识码：A

中图分类号：TM346 文章编号：1009-2374（2015）17-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.077

在当前电力系统的运行过程当中，要求在电网系统发生故障的条件下，能够通过引入双馈感应发电机的方式，实现不脱网运行的目的，同时达到支持并提高电网系统稳定性的目的。为达到目标，系统设计思路在于：以不增加双馈发电机励磁系统硬件为基础，在电网系统出现故障的条件下，针对发电机与故障切除过程当中暂态电磁的对应关系，研究一种能够避免转子部分出现过电压或过电流问题，且实现不脱网运行的励磁控制措施，确保在电网发生故障条件下，双馈感应发电机运行的安全性与稳定性，同时使故障在切除后整个系统能够迅速恢复至故障前的正常运行状态。根据这一思路，需要通过研究双馈感应发电机不脱网运行系统仿真的方式，根据技术思路，以实验验证其可行性。具体总结为以下三个方面：

1 转子侧变频器控制

在当前技术条件支持下，电网系统中的转子侧变频器通常使用IGBT作为功率开关。IGBT能承受最大暂态峰值电流大小会受到其结温性能以及所对应V-I安全运行区的影响。一般来说，IGBT器件所对应的暂态峰值电流表现为2*稳态电流。故而，在电网出现故障的条件下，对转子侧变频器进行控制的直接目的是：避免故障影响下转子部分发生过电压，同时对转子电流大小进行限制（原则上需要使其控制在2*额定电流范围内），以达到保障转子侧变频器运行安全性的目的。为了保障变频器性能的安全，建议采取的措施是：通过控制PWM开关频率的方式，缩小电网故障下IGBT所对应的开关损耗。

结合在电网故障条件下，双馈感应发电机与暂态电磁的相关性关系分析认为：为了保障电网发电机运行的稳定性，避免出现转子过压现象，关键性的思路是通过利用转子侧变频器控制励磁电压的手段，抵消掉定子磁链暂态直流分量以及负序分量可能对转子侧造成的不良影响。从定子电阻机制的角度上来说，在故障因素影响下，定子磁链暂态直流分量有一定的下降趋势，故而在缓解故障可能诱发过电流、过电压现象方面具有一定的可行性，由此达到在故障状态下不脱网运行的效果。

从以上分析来看，电网故障下为保障不脱网运行的目的，励磁控制的关键思路在于：在励磁调节的基础之上，对发电机转子电流以及磁场进行控制，从而避免定子磁场暂态直流分量与负序分量对转子侧造成影响，在此基础之上通过对定子侧电阻的应用，达到理想的灭磁效果。

2 电网侧变频器控制

在故障状态下，为满足不脱网运行的要求，对于电网侧而言变频器控制的核心思路是：在最大限度保障电网侧变频器综合性能安全的基础之上，对直流链电压进行恒定维持。此过程当中需要注意的一点是：在电网运行系统产生故障的条件下，若满足“转子侧变频器不脱网运行”的假设条件，则势必会产生一定程度上的转子有功功率变化，进而引起直流链电压的变化波动。与此同时，电网故障所诱发的电网突变可能会造成电网侧变频器对直流链电压的控制作用受到一定的限制。因此，为了更加明确地分析电网故障条件下，双馈感应发电机不脱网控制与直流链电压之间的对应关系，可以考虑在极端恶劣工况下（即发生三相对称短路故障条件下）的不脱网励磁控制仿真，系统仿真结果如图1所示。

结合图1中的仿真结果来看：在极端恶劣工况下（暂不考虑电网系统受电网侧变频器的影响），直流链位置电压取值的波动多控制在±15%范围内。同时，考虑变频器直流链电压在设计上还预留有一定的裕量，因此在这种故障暂态条件下所产生的直流链电压波动问题是完全可以被系统所接受的。除此以外，在故障状态被改变后，通过变频重新投入的暂态电流始终低于（2*额定电流）的限制，因此认为变频器的重新投入不会对电网侧变频器的安全运行产生不良影响。

3 仿真实验

为进一步验证以上励磁控制措施的可行性与可靠性，使用30kW绕线式感应电机对双馈感应发电机的运行状态进行模拟，发电机中电子绕组通过PWM变频器进行供电，通过矢量控制的感应电动机对原动机进行模拟，根据控制算法对变频器进行实时控制。

图2即为双馈感应发电机在极端故障条件下励磁控制的仿真结果。根据图2来看，转子侧变频器电流需要始终低于同一状态下暂态电流峰值的极大值（2.0pu）。不但如此，为了在故障暂态的条件下，使转子自身的电流动态性能更加的理想与可靠，就对PWM变频器的运行有特殊的要求，即该变频器需要通过短时过调制功能，达到提高电压幅值水平的目的。通过以上对比分析数据来看，在仿真实验过程当中，即便故障状态下转子电流所产生的初相角存在一定的差异性，但仿真实验处理下的数据结果是高度一致的。从这一变化特点上来看，可证实的是：双馈感应发电机在不脱网条件之上进行控制的相关策略在电网故障状态下具有较高的准确性，同时也验证了所建数值仿真模型的可靠性。

4 结语

本文以电网故障下发电机的暂态物理表现为出发点，研究分析了在电网故障，基于双馈感应发电机在不脱网运行的前提条件下实现励磁控制功能的具体途径与策略，在这些相关措施中，充分关注了故障因素对发电机内部系统的影响以及在这一影响下其暂态的变化情况与特点，通过对发电机转子电流磁链进行控制的方式，以抵消定子磁链当中所存在的大量分量（包括暂态式以及负序式在内），从而使得转子侧不会受到这些分量的影响。基于此，本文上述分析中还可通过合理应用定子侧电阻的方式实现发电机灭磁，最后基于实验验证的方式，分析论述了以上励磁控制策略的可靠性，望引起

重视。

参考文献

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作者简介：邱文娜（1975-），女，广东揭西人，广东电网有限责任公司东莞供电局助理工程师，研究方向：电力。

（责任编辑：蒋建华）