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DFIG控制7：不平衡电网下的转子侧控制

Fantasy237 2023-04-27 原文

DFIG控制7：不平衡电网下的转子侧控制。主要是加入了转子侧的电流负序分量控制器。

本文基于教程的第7部分：
DFIM Tutorial 7 - Asymmetrical Voltage Dips Analysis in DFIG based Wind Turbines

控制策略简介

来自：
H. Abu-Rub, M. Malinowski, and K. Al-Haddad, Power Electronics for Renewable Energy Systems, Transportation and Industrial Applications. John Wiley & Sons, 2014.

相与相之间的故障可能造成不平衡的电网电压，如下图：

此时转子电流也会不平衡，可以分解为正序和负序分量，分别控制。具体控制框图如下。仿真中使用最简单的负序电流参考值，即把idr2*和iqr2*都设置为0，消除转子电流的负序分量。此外，仿真也没有使用直接的转速控制。

仿真模型修改

主电路修改如下：

  1. 三相电源，在t=3s模拟一个不对称的电压跌落。
  2. id ref，在t=3.1s，从0跳变为 0.25*Is，转子侧提供部分无功功率
  3. RSC控制，加入负序分量的控制

转子侧控制器更新

转子侧的控制器框图如下，
主要是改了3个模块：

  1. 加入了负序电流PI控制，PI系数同正序电流PI控制
  2. 角度计算模块
  3. 加入正序和负序分量提取

另外，整理了一下几个PI控制器，把和参考值相减的环节放在子系统中，不然看起来比较乱。

角度计算

角度计算模块修改如下。

  1. 使用PLL，输出角度做了修正，减去0.5*pi，详见 DFIG控制6-a： simulink的PLL模块和坐标变换相关问题
  2. 添加第二个输出， 2 θ s − θ r 2\theta_s-\theta_r 2θs​−θr​，负序分量需要用到。

正序和负序电流提取

正序分量在正向旋转的dq坐标系中为直流量，可以看成是 I 1 = A e j ω s t I_1=Ae^{j\omega_st} I1​=Aejωs​t，；正序分量在反向旋转的dq坐标系中为直流量，所以可以看成是 I 2 = B e − j ω s t I_2=Be^{-j\omega_st} I2​=Be−jωs​t；把负序分量也转换到正向旋转的dq坐标系中，就会出现二倍频的分量： ( I 1 + I 2 ) e − j ω s t = A + B e − 2 j ω s t (I_1+I_2)e^{-j\omega_st}=A+Be^{-2j\omega_st} (I1​+I2​)e−jωs​t=A+Be−2jωs​t。需要去除这个分量，也就是100Hz的notch filter。后面可能再仔细看一下正序和负序提取的问题，大致理解是这样。

注意负序分量的park变换使用的角度为 − ( 2 θ s − θ r ) -(2\theta_s-\theta_r) −(2θs​−θr​)，和控制框图对应。控制框图中，正序分量的反park变换角度为 θ r \theta_r θr​，负序分量的反park变换角度为 − ( 2 θ s − θ r ) -(2\theta_s-\theta_r) −(2θs​−θr​)。

notch filter设置如下，只改了bandstop和中心频率100Hz，其他都是默认值。

解耦

仿真结果

示波器添加负序信号：

不平衡电压下，转矩出现比较大的波动，与采用的控制策略有关。

放大看，不平衡电网下，iq和id的正序和负序分量分别控制在参考值，就是波动比较大。
因为把负序电流控制为0，转子电流看起来还是平衡的。

电网不平spanclassstylematlabDFIG硬件工程嵌入式硬件

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