交流励磁变速恒频风电机组并网控制优化方案

传统的恒速恒频发电机与电网之间为“刚性连接”，并网操作依赖于机组转速的调节，实现条件严格，因而比较困难。交流励磁变速恒频风力发电机与电网之间为“柔性连接”。采用转子交流励磁后，DFIG（双馈异步发电机）和电网之间构成了“柔性连接”。所谓“柔性连接”，是指可根据电网电压、电流和DFIG的转速，通过控制机侧变流器来调节DFIG转子励磁电流，从而精确地控制DFIG定子电压，使其满足并网条件。本节将从分析变速恒频风电机组的运行特点出发，把磁场定向矢量控制技术应用到DFIG的并网控制上。

根据DFIG并网前的运行状态，DFIG并网方式有两种：①空载并网方式，并网前DFIG空载，调节DFIG的定子空载电压实现并网；②负载并网方式，并网前DFIG接独立负载（如电阻），调节其定子电压实现并网。两种并网方式都允许机组转速在较大的范围内变化，故适用于变速恒频风电系统。在两种并网方式控制下，DFIG定子电压均能迅速向电网电压收敛，实现较小冲击的并网。

4.1.3.1 空载并网方式

交流励磁变速恒频DFIG风电系统空载并网运行方式结构图如图4-1所示。

图4-1 变速恒频DFIG空载并网运行结构图

接入电网前，开关S₁断开，将DFIG定子侧空载，通过转子侧变流器的控制，调节DFIG的定子空载电压，使定子电压与电网电压在幅值、频率及相位上相一致。

空载并网具体步骤：当风速达到切入风速后，风电机组带动双馈式发电机升速，达到发电机最小运行速度，且满足转子励磁变流器容量容许范围时，交流励磁系统投入工作，控制定子空载电压跟随电网电压，当发电机定子输出电压与电网电压在幅值、相位、频率满足并网条件时，闭合开关S₁进行并网操作，并网完成后，发电机转入发电运行控制，根据风速和电网具体要求进行有功功率和无功功率的解耦控制，并进行最大风能追踪。(www.xing528.com)

这种并网方式很好地实现了定子电压控制，其原理清晰，实现简单，是一种较为理想的实施方案。在并网过程中，定子的冲击电流较小，转子电流也能够稳定过渡，能实现变速恒频双馈式风电机组的顺利并网。

4.1.3.2 带独立负载并网方式

交流励磁变速恒频DFIG风电系统带独立负载并网结构如图4-2所示。发电机并网前投入励磁系统，定子带负载（如电阻）运行，此时S₂闭合，因此对转子有电磁力矩作用，能对转子转速进行控制。在励磁变流器的控制下，当满足并网条件时，S₁闭合接入电网，同时S₂断开将负载电阻切出。

带负载并网有如下特点：DFIG并网前已经带有独立负载，定子电流不为零，因此并网控制所需要的信息不仅取自于电网侧，同时还取自于DFIG定子侧负载。负载并网方式发电机能够对能量进行一定的调节，因此降低了对风电机组调速能力的要求，能够与风电机组调速相结合实现DFIG并网，但控制较为复杂。

图4-2 变速恒频DFIG负载并网运行结构图