DFIG数学模型和转子侧、网侧变换器控制模型

【摘要】：随着风电技术不断发展成熟,风力发电装机容量和在电力系统中的占比逐年增长。模块化多电平换流器凭借其优良的技术性能和应用价值,在大规模风电系统远距离输电方面占有一定优势。为了提高联结DFIG风电场MMC-HVDC并网系统的稳定性与可靠性,有必要研究分析电网不同类型故障下系统的动态特征和相应控制策略,具有显著的工程应用价值。本文建立了DFIG数学模型和转子侧、网侧变换器控制模型,分析了MMCHVDC主电路模型和两侧换流站控制模型。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建双馈风电场MMC-HVDC系统的电磁暂态模型,通过对系统进行联合启动并网和风速扰动仿真分析,验证了模型的可靠性。针对故障发生后的WFMMC升频控制、DFIG辅助降载控制和故障清除后的有功恢复三个阶段pscad中的风速模型,对双馈风电场MMC-HVDC系统的故障穿越过程进行解析,针对频率变化时DFIG定子电流直流分量引发MMC直流电压的振荡问题,提出了改进的升频控制方案pscad中的风速模型,并在风电机组控制器中设计与之配合的辅助降载控制策略。仿真结果表明,所提方案可以有效抑制MMC直流电压和风电场交流频率的振荡,显著提升系统的故障穿越能力。在所提出的改进升频-辅助降载控制策略的基础上,建立了DFIG风电场MMCHVDC系统的不对称故障仿真模型。根据控制目标不同,通过设定换流站外环电流指令值分别实现有功功率波动和负序电流抑制。并且针对直流电压和有功传输要求较高的系统,设计了一种直流电压波动控制器,有效削弱对直流电缆另一侧MMC换流站及风电场的影响。设置两种常规不对称故障,仿真验证了所提控制方案的有效性。基于MATLAB图形用户界面的GUI组件的编程功能,设计和实现了DFIG风电场MMC-HVDC系统故障穿越控制平台。在电网对称故障界面窗口,可实现传统升频法、改进升频法、仅采用升频法以及升频-辅助降载法四种控制策略在不同电压跌落程度下的仿真对比;在电网不对称故障界面窗口,可以查看不同控制目标的抑制效果。该平台基于图形用户界面实现人机交互,所设计的操作平台易于实施,有利用工程应用。