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基于虚拟同步机的改进双馈风电机组控制策略研究
摘要
改进双馈风电机组是一种新型的风力发电技术，其具有高效节能、清洁环保等优势。然而，由于该技术中转子电流难以控制，导致逆变器电压波动大且功率因数较低，降低了风电机的性能。为了解决这一问题，本文基于虚拟同步机，提出了一种改进双馈风电机组控制策略。通过将逆变器输出的电流、电压分别与虚拟同步机的电流、电压进行比较和控制，实现了对转子电流的有效控制。仿真结果表明，本文提出的控制策略能够有效降低逆变器电压波动、提高功率因数，并且对系统稳态性能和动态响应性能都有一定的改善。
关键词：改进双馈风电机组；虚拟同步机；控制策略；逆变器电压波动；功率因数
Abstract
Theimproveddoubly-fedinductiongenerator(DFIG)isanewtypeofwindpowergenerationtechnology,whichhastheadvantagesofhighefficiency,energysaving,andenvironmentalprotection.However,duetothedifficultyincontrollingtherotorcurrentinthistechnology,theinvertervoltagefluctuatesgreatlyandthepowerfactorislow,whichreducestheperformanceofwindturbines.Inordertosolvethisproblem,thispaperproposesanimprovedcontrolstrategyforthedoubly-fedwindpowergenerationsystembasedonthevirtualsynchronousmachine.Bycomparingandcontrollingthecurrentsandvoltagesoutputbytheinverterwiththoseofthevirtualsynchronousmachine,therotorcurrentiseffectivelycontrolled.Simulationresultsshowthattheproposedcontrolstrategycaneffectivelyreduceinvertervoltagefluctuations,improvepowerfactor,andimprovesystemsteady-stateanddynamicresponseperformance.
Keywords:improveddoubly-fedwindpowergenerationsystem;virtualsynchronousmachine;controlstrategy;invertervoltagefluctuation;powerfactor
一、前言
随着能源危机日益严重和环境污染问题日益凸显，风力发电作为一种可再生能源得到了极大的关注。改进双馈风电机组是一种新型的风力发电技术，与传统的双馈风电机组相比，其具有更高的转速、更高的功率密度和更高的效率。
然而，改进双馈风电机组中的转子电流难以控制，导致逆变器电压波动大且功率因数较低，降低了风电机的性能。因此，如何有效地控制转子电流，提高逆变器电压和功率因数成为了研究的重要问题。
本文针对改进双馈风电机组中的控制问题，基于虚拟同步机，提出了一种改进控制策略。通过将逆变器输出的电流、电压分别与虚拟同步机的电流、电压进行比较和控制，实现了对转子电流的有效控制。仿真结果表明，本文提出的控制策略能够有效降低逆变器电压波动、提高功率因数，并且对系统稳态性能和动态响应性能都有一定的改善。
二、改进双馈风电机组模型
改进双馈风电机组由风轮、水平轴变速装置、主变压器、逆变器组成。其中，逆变器通过转换电能的方式将风轮转动的机械能转化为交流电能输出到电网中。
改进双馈风电机组模型如图1所示。其中，P，Q为无功功率和有功功率，rs，r，xs，xr，xm分别为固定子电阻、转子电阻、固定子漏电抗、转子漏电抗、互感电抗，Lm和Rm为互感电抗的漏耗和电阻，ω和θ为电机的转速和转子位置，Vqs和Vds为以dq坐标系为基准转子电压，Iqs和Ids为以dq坐标系为基准转子电流，Vas和Vbs为以三相坐标系为基准的逆变器输出电压，Ias和Ibs为以三相坐标系为基准的逆变器输出电流，Vrefd和Vrefs为转子电压的参考值，Eqs和Eds为转子定子电势差，Ils和Irs为定子和转子计算电流，u1和u2为控制器的输出值。
图1改进双馈风电机组模型图
三、基于虚拟同步机的控制策略
在改进双馈风电机组中，由于转子电流难以控制，导致逆