風(fēng)機(jī)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析

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石家莊風(fēng)機(jī)基于定子電壓定向的矢量控制策略應(yīng)用而生，被引入到雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的控制之中。定子電壓定向即是將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的q軸與定子的電壓矢量重合，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。的方向?yàn)閐軸方向，并且dq坐標(biāo)系與電壓矢量以相同的速度旋轉(zhuǎn)，與定子磁鏈定向類似，在定子電壓定向系統(tǒng)中，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度，可以用靜止坐標(biāo)系下定子電壓矢量表示，在忽略定子電阻的情況下，雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的定子電壓矢量超前于定子磁鏈?zhǔn)噶?0。
因此，基于定子電壓矢量定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與基于定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系是一致的、統(tǒng)一的。對(duì)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)雙饋石家莊風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式、電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式或功率表達(dá)式進(jìn)行控制系統(tǒng)的外環(huán)設(shè)計(jì)。，在進(jìn)行雙饋石家莊風(fēng)機(jī)電流環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析時(shí)，對(duì)于定子電壓矢量控制策略，通常認(rèn)為電流環(huán)具有足夠高的控制帶寬，即認(rèn)為轉(zhuǎn)子電流能夠較好的跟隨性，因此，在進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)可以將轉(zhuǎn)子電流近似用其指令值代替。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化分析，均認(rèn)為其同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系能夠準(zhǔn)確定向。
下面對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以方便后文探求其發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)電氣參數(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗擾性的影響。于雙饋石家莊風(fēng)機(jī)定子電壓定向矢量控制系統(tǒng)，存在以下兩方面特性：一方面由式中特征方程的特征根的實(shí)部可以看出，其穩(wěn)定性理論上只受定子電阻與定子電感的影響；另一方面，表明系統(tǒng)阻尼較小，阻尼完全取決與其定子電阻和自感，并且其自然振蕩頻率就在電網(wǎng)工頻頻率附近，這些也就是雙饋石家莊風(fēng)機(jī)易受電網(wǎng)電壓擾動(dòng)影響的主要原因、下面我們具體討論雙饋石家莊風(fēng)機(jī)各電氣參數(shù)對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)性能的影響分析。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電在電網(wǎng)中已占相當(dāng)大的比重，如何保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安全高效的運(yùn)行，其重要性將隨著風(fēng)電所占比重上升而不斷提高。加之具有低電壓穿越能力已逐步成為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的必然要求，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障情況下的穩(wěn)定性問(wèn)題研究顯得尤為重要。
目前已有大量文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電低電壓穿越進(jìn)行了具體闡述，但其側(cè)重于電網(wǎng)故障時(shí)候發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)的電磁過(guò)程的分析及其保護(hù)策略的研究。研究了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各部分機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及快速性的影響，論證了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化組合的重要性。但值得注意的是，系統(tǒng)電氣參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響的文章鮮有報(bào)道，系統(tǒng)電氣參數(shù)對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)性能的影響有待考證，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障情況下的自身的穩(wěn)定性值得作以詳細(xì)研究，以綜合開發(fā)各種LVRT保護(hù)策略。下面對(duì)定子電壓定向矢量控制的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)抗擾性進(jìn)行仿真分析，并逐項(xiàng)分析了發(fā)石家莊風(fēng)機(jī)電氣參數(shù)對(duì)系統(tǒng)同快速性、穩(wěn)定性的影響。
先讓雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)空載起動(dòng)，在20s時(shí)候給系統(tǒng)突加負(fù)載，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，30s時(shí)系統(tǒng)電網(wǎng)電壓低落，3l 5s時(shí)電網(wǎng)電壓恢復(fù)，是整個(gè)雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)波形圖。隨著雙饋石家莊風(fēng)機(jī)定子電阻的增大，在電網(wǎng)電壓跌落與恢復(fù)時(shí)的過(guò)度過(guò)程明顯變快，此時(shí)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)的阻尼系數(shù)分別約為：0 0193、0 0387、0 0580，有利于系統(tǒng)的快速性；其系統(tǒng)對(duì)應(yīng)特征方程的共軛復(fù)報(bào)的負(fù)實(shí)部越來(lái)越小．故其穩(wěn)定性也有所增強(qiáng)。而定子電阻的增大，使得定子電壓矢量在d軸上的分量增大，d軸分量相對(duì)于q軸分量增人，故其輸出總功率略微有所減小。著雙饋石家莊風(fēng)機(jī)定子電抗的增大，在電網(wǎng)電壓跌落于恢復(fù)時(shí)的過(guò)度過(guò)程明顯變慢，且雙鐨石家莊風(fēng)機(jī)系統(tǒng)輸出總功率有很大的降幅，那是因?yàn)橄到y(tǒng)的阻尼系數(shù)隨定子電抗的增大而減小，其快速性變慢，穩(wěn)定性同時(shí)也變差。
雙饋石家莊風(fēng)機(jī)定子電壓定向矢量控制中，系統(tǒng)輸出功率與62定于電抗負(fù)相關(guān)．故其輸出功率嚴(yán)重降低。由圖5-5可以看出，模擬系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗與定轉(zhuǎn)子互感對(duì)電尉電壓跌落與恢復(fù)時(shí)的雙饋石家莊風(fēng)機(jī)的過(guò)度過(guò)程影響不明顯。