双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析
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第 ２６ 卷 第 ３ 期 ２０１０ 年 ３ 月
文章编号：１６７４－ ３８１４（ ２０１０） ０３－ ００６３－ ０６
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中图分类号：ＴＭ６１４； ＴＭ３１０
清洁能源
Ｃｌｅ ａ ｎ Ｅｎｅ ｒｇｙ
Vol.26 No.3 Mar. 2010
(1)和式(2)可得定、转子电流：
!#isd=
Lm Ls
ird
"
（3）
$#isq=
us ωsLs
+
Lm Ls
irq
因此，双馈发电机定子有功和无功功率可表示为：
!#Ps=usdisd=us
Lm Ls
ird
" $#Qs=-usdisq=-
u2 s
ωsLs
-
usLm Ls
irq
（4）
清洁能源
Ｃｌｅ ａ ｎ Ｅｎｅ ｒｇｙ
TANG Xian-hu, LI Hui, XIA Gui-sen, LIU Zhi-xiang
（Wind Power Control Equipment Sub-Company of Chongqing Qianwei Instrument & Meter Factory, Chongqing 401121, China）
在双馈风力发电机系统中，发电机与电网之间 是一种柔性连接关系，通过对发电机转子电流的适 当控制，就可在变速运行中的任何转速下满足并网 条件，实现成功并网，这是双馈电机发电方式的优 势所在 。 [19-21] 通常变速恒频风力发电柔性并 网方式 主要有空载并网和负载并网2种， 其中空载并网方 式是指并网前发电机定子不带负载，不参与能量和 转速控制，完全由原动机来控制发电机转速。 双馈
"
（2）
#ψrd=-Lmisd+Lrird #
$ψrq=-Lmisq+Lrirq
式中，Rs、Rr为定、 转子电阻；s为转差率；ωs为定子电
压 电 角 频 率 ；Ls、Lr分 别 为 定 、 转 子 全 自 感 ；Lm为 定 、 转
子互感。
当电网电压相量取在同步坐标轴系的d轴上
时 ，即 usd=us,usq=0，稳 态 时 忽 略 定 子 电 阻 影 响 下 ， 由 式
dird dt
-sωsLr
irq
$##urq=Rr
irq+Lr
dirq dt
+sωsLr
ird
在定子电压建立阶段，双馈发电机定子空载运
行，励磁电流全部由转子电流提供。 因此，可以通过
控制双馈发电机转子电流间接控制定子电压使其
满足并网条件。 为了加速定子电压的建立以及实现
与电网电压的幅值相等，在这里采用电压环控制器
为了考虑转子电流的动态调节特性以及避免 定子磁场定向矢量控制需要定子磁链观测的复杂 计算，本文基于双馈风力发电机系统的电网电压定 向矢量控制技术，提出了一种既可实现定子电压的 快速自动建立，又考虑转子电流的动态调节特性的 空载并网控制策略。 通过Matlab/Simulink仿真平台 建立了双馈风力发电机组的数学模型，并根据空载 运行条件建立并网控制策略。 为了验证本文提出的 并网控制策略的有效性和正确性，本文对不同初始 运行转速的双馈风力发电机组的并网运行特性进 行仿真，对并网过程的定子电压、定子和转子电流 的过渡过程进行了比较分析。
!#usd=-Rsisd+
dψsd dt
-ωsψsq
# ##usq=-Rsisq+
dψsq dt
-ωsψsd
"
（1）
#urd=Rr #
ird+
dψrd dt
-sωsψrq
# #urq=-Rr $
irq+
dψrq dt
-sωsψrd
其中磁链方程为：
!ψsd=-Lsisd+Lmird
#
#ψsq=-Lsisq+Lmirq
!#urd=Rr
ird+σLr
dird dt
+s
usLm Ls
-sωsσLr
irq
"
（5）
$#urq=Rr
irq+σLr
dirq dt
+sωsσLr
ird
式中，σ=1-
L2 m
为漏磁系数。
LsLr
根 据 式 (4) 和 式 (5) 控 制 模 型 ， 可 建 立 转 子 侧 变 流 器基于电网电压定向的矢量控制框图如图2所示[15,17]。
清洁能源
Ｃｌｅ ａ ｎ Ｅｎｅ ｒｇｙ
64
唐显虎等：双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析
Vol.26 No.3
风力发电系统柔性并网条件是指发电机定子输出 电压和电网电压幅值、相位和频率一致，即在并网 控制阶段，根据电网电压和发电机转速调节转子励 磁电流，进而控制定子电压满足并网条件，并网成 功后将从并网时电压控制策略过渡到并网后的功 率 控 制 策 略[22-23]。
控制定子电压满足并网条件来实现并网的，因此本
节重点对双馈发电机及其转子侧变流器数学模型
进行介绍。
假设双馈发电机定子侧电压电流正方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ按发
电机惯例，转子侧采用电动机惯例，可得双馈发电
机 在 d-q 同 步 轴 系 （q 轴 超 前 d 轴 ） 下 电 磁 暂 态 的 电 压 电 流 方 程 为[10,15]：
为了充分发挥变速恒频双馈风力发电机组并 网优点以及实现良好运行性能，国内外学者对双馈 风力发电机组的运行性能进行了广泛深入的研究， 然而大多相关文献集中于研究并网后基于定子 磁场定向双馈电机有功功率和无功功率的解耦 控 制 ， [10-18] 对 并 网 前 双 馈 风 力 发 电 机 组 控 制 的 研 究 较少。 尽管目前有些文献对变速恒频风力发电系统 空载并网控制进行了报 道，如文献[19,20]提 出了一 种基于定子磁场定向的并网控制策略，然而，该策 略基于开环条件提出，使得并网过渡过程过于理想 和简化；文 献[21]基 于 定 子 磁 场 定 向 技 术 实 现 了 空 载并网电压的控制，但是在转子电流闭环控制中忽 略了转子电流的动态调节特性，同时控制策略需要 建立发电机的磁链观测器；虽然近年来也有文献将 矢量控制技术与自抗扰控制器相结合，提出了一种 不需要精确电机参数的并网控制策略等等，但导致 实 际 控 制 系 统 算 法 的 实 现 相 对 复 杂 [22,23]。
— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
基 金 项 目 ：重 庆 市 科 技 攻 关 计 划 项 目 (CSTC ，2008AB3050) 。
关键词：风力发电；双馈发电机；并网控制；电网电压定向；运 行性能
0 引言
随着人类对能源紧缺和环境污染问题的持续 关注，可再生能源的开发和利用，特别是对风能的 开发利用正受到各国的高度重视。 风力发电系统类 型及其相关技术的应用与研究正呈现出快速发展 的趋势。 由于传统恒速恒频风电系统不能实现最大 风能捕获，变速恒频风电系统具有实现最大风能的 追踪且并网方便、控制灵活等优点，成为了当前和 今后风力发电机组发展的主流机型[1-12]。 在各种变速 恒频风力发电系统类型中，由于双馈发电机转子绕 组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变 频器相连，所需的变频器容量较少，并且可实现发 电机定子有功功率和无功功率的独立调节，已成为 当前兆瓦级大型风力发电机系统的流行机组之 一 。 [10-18]
文 献 标 志 码 ：A
双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析
唐显虎，李 辉，夏桂森，刘志详
（重庆前卫仪表厂风电控制设备分公司，重庆 401121）
Analysis on Grid-Connecting Control Strategy and Performances of Doubly Fed Wind Turbine Generators
ABSTRACT： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｎｏ－ ｌｏａｄ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ （ＤＦＩＧ） ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｎｏ ｓｕｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｆｏｒ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＤＦＩＧ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａ ｒｏｔｏｒ－ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｆｏｒ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ＤＦＩＧ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ｂｕｉｌｔ， ａｎｄ ｎｏ ｓｕｒｇｅｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙｍｅａｎｓ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ， ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＤＦＩＧｉｓａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ， ｏｒ ａｔ ｓｕｐｅｒ－ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓａｎｄｓｕｂ－ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｐｅｅｄ． KEY WORDS: wind power generation; doubly fed induction generator ; grid - connected control ; grid voltage orientation ; operational performances 摘要： 为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网，基于电 网电压定向矢量控制技术，提出了一种考虑转子电流动态调 节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。 基于Matlab/ Simulink仿真平台， 建立了双馈风力发电机系统及 其 并 网 控 制的数学模型，并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组 的自动并网运行特性进行了仿真。 仿真实验结果证明无论初 始转速为同步转速，还是超、亚同步转速，利用提出的并网控 制策略， 双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压，并 网过渡过程定子电流基本没有冲击。
按 照 式 (1) 的 双 馈 发 电 机 电 磁 暂 态 的 数 学 模 型 ， 考虑并网前空载运行，定子电流为零，可得双馈发 电机空载运行时的数学模型如式（6）所示：
!#usd=Lm
dird dt
-ωsLmirq
# ##usq=Lm
dirq dt
+ωsLmird
"
（6）
#urd=Rr #
ird+Lr
图中
，u′rd=Rr
ird+σLr
dird dt
，u′rq=Rr
irq+σLr
dirq dt
。
2 双馈风电机组并网控制数学模型
由于电网电压可以直接测量，本文利用电网电 压定向矢量控制技术，提出一种考虑转子电流调节 动态特性的并网控制策略，既可实现定子电压的快 速建立，又考虑转子电流的动态调节特性实现转子 电流的闭环控制。
1 双馈风力发电机组数学模型
双馈风力发电组由风力机、齿轮箱、发电机、变 流器和变压器等组成。 双馈风力发电机系统典型的 空 载 并 网 连 接 框 图 如 图 1 所 示[15-17]。
在双馈风力发电机系统并网控制阶段，由于根
图1 双馈风力发电机组空载并网连接示意图
据电网电压和发电机转速调节转子励磁电流，进而
第 ２６ 卷 第 ３ 期
电网与清洁能源
65
由上式可以看出， 在电网电压一定情况下，定 子有功功率和无功功率分别与励磁电流的d和q轴 分量ird，irq成正比， 调节转子电流相应分量可分别独 立调节双馈发电机定子有功和无功功率。 转子励磁 电流可以通过转子电压动态调节，而双馈发电机转 子动态电压进一步可表示如下：
得到转子电流的给定值来实现。
文章编号：１６７４－ ３８１４（ ２０１０） ０３－ ００６３－ ０６
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中图分类号：ＴＭ６１４； ＴＭ３１０
清洁能源
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Vol.26 No.3 Mar. 2010
(1)和式(2)可得定、转子电流：
!#isd=
Lm Ls
ird
"
（3）
$#isq=
us ωsLs
+
Lm Ls
irq
因此，双馈发电机定子有功和无功功率可表示为：
!#Ps=usdisd=us
Lm Ls
ird
" $#Qs=-usdisq=-
u2 s
ωsLs
-
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（4）
清洁能源
Ｃｌｅ ａ ｎ Ｅｎｅ ｒｇｙ
TANG Xian-hu, LI Hui, XIA Gui-sen, LIU Zhi-xiang
（Wind Power Control Equipment Sub-Company of Chongqing Qianwei Instrument & Meter Factory, Chongqing 401121, China）
在双馈风力发电机系统中，发电机与电网之间 是一种柔性连接关系，通过对发电机转子电流的适 当控制，就可在变速运行中的任何转速下满足并网 条件，实现成功并网，这是双馈电机发电方式的优 势所在 。 [19-21] 通常变速恒频风力发电柔性并 网方式 主要有空载并网和负载并网2种， 其中空载并网方 式是指并网前发电机定子不带负载，不参与能量和 转速控制，完全由原动机来控制发电机转速。 双馈
"
（2）
#ψrd=-Lmisd+Lrird #
$ψrq=-Lmisq+Lrirq
式中，Rs、Rr为定、 转子电阻；s为转差率；ωs为定子电
压 电 角 频 率 ；Ls、Lr分 别 为 定 、 转 子 全 自 感 ；Lm为 定 、 转
子互感。
当电网电压相量取在同步坐标轴系的d轴上
时 ，即 usd=us,usq=0，稳 态 时 忽 略 定 子 电 阻 影 响 下 ， 由 式
dird dt
-sωsLr
irq
$##urq=Rr
irq+Lr
dirq dt
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ird
在定子电压建立阶段，双馈发电机定子空载运
行，励磁电流全部由转子电流提供。 因此，可以通过
控制双馈发电机转子电流间接控制定子电压使其
满足并网条件。 为了加速定子电压的建立以及实现
与电网电压的幅值相等，在这里采用电压环控制器
为了考虑转子电流的动态调节特性以及避免 定子磁场定向矢量控制需要定子磁链观测的复杂 计算，本文基于双馈风力发电机系统的电网电压定 向矢量控制技术，提出了一种既可实现定子电压的 快速自动建立，又考虑转子电流的动态调节特性的 空载并网控制策略。 通过Matlab/Simulink仿真平台 建立了双馈风力发电机组的数学模型，并根据空载 运行条件建立并网控制策略。 为了验证本文提出的 并网控制策略的有效性和正确性，本文对不同初始 运行转速的双馈风力发电机组的并网运行特性进 行仿真，对并网过程的定子电压、定子和转子电流 的过渡过程进行了比较分析。
!#usd=-Rsisd+
dψsd dt
-ωsψsq
# ##usq=-Rsisq+
dψsq dt
-ωsψsd
"
（1）
#urd=Rr #
ird+
dψrd dt
-sωsψrq
# #urq=-Rr $
irq+
dψrq dt
-sωsψrd
其中磁链方程为：
!ψsd=-Lsisd+Lmird
#
#ψsq=-Lsisq+Lmirq
!#urd=Rr
ird+σLr
dird dt
+s
usLm Ls
-sωsσLr
irq
"
（5）
$#urq=Rr
irq+σLr
dirq dt
+sωsσLr
ird
式中，σ=1-
L2 m
为漏磁系数。
LsLr
根 据 式 (4) 和 式 (5) 控 制 模 型 ， 可 建 立 转 子 侧 变 流 器基于电网电压定向的矢量控制框图如图2所示[15,17]。
清洁能源
Ｃｌｅ ａ ｎ Ｅｎｅ ｒｇｙ
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唐显虎等：双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析
Vol.26 No.3
风力发电系统柔性并网条件是指发电机定子输出 电压和电网电压幅值、相位和频率一致，即在并网 控制阶段，根据电网电压和发电机转速调节转子励 磁电流，进而控制定子电压满足并网条件，并网成 功后将从并网时电压控制策略过渡到并网后的功 率 控 制 策 略[22-23]。
控制定子电压满足并网条件来实现并网的，因此本
节重点对双馈发电机及其转子侧变流器数学模型
进行介绍。
假设双馈发电机定子侧电压电流正方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ按发
电机惯例，转子侧采用电动机惯例，可得双馈发电
机 在 d-q 同 步 轴 系 （q 轴 超 前 d 轴 ） 下 电 磁 暂 态 的 电 压 电 流 方 程 为[10,15]：
为了充分发挥变速恒频双馈风力发电机组并 网优点以及实现良好运行性能，国内外学者对双馈 风力发电机组的运行性能进行了广泛深入的研究， 然而大多相关文献集中于研究并网后基于定子 磁场定向双馈电机有功功率和无功功率的解耦 控 制 ， [10-18] 对 并 网 前 双 馈 风 力 发 电 机 组 控 制 的 研 究 较少。 尽管目前有些文献对变速恒频风力发电系统 空载并网控制进行了报 道，如文献[19,20]提 出了一 种基于定子磁场定向的并网控制策略，然而，该策 略基于开环条件提出，使得并网过渡过程过于理想 和简化；文 献[21]基 于 定 子 磁 场 定 向 技 术 实 现 了 空 载并网电压的控制，但是在转子电流闭环控制中忽 略了转子电流的动态调节特性，同时控制策略需要 建立发电机的磁链观测器；虽然近年来也有文献将 矢量控制技术与自抗扰控制器相结合，提出了一种 不需要精确电机参数的并网控制策略等等，但导致 实 际 控 制 系 统 算 法 的 实 现 相 对 复 杂 [22,23]。
— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
基 金 项 目 ：重 庆 市 科 技 攻 关 计 划 项 目 (CSTC ，2008AB3050) 。
关键词：风力发电；双馈发电机；并网控制；电网电压定向；运 行性能
0 引言
随着人类对能源紧缺和环境污染问题的持续 关注，可再生能源的开发和利用，特别是对风能的 开发利用正受到各国的高度重视。 风力发电系统类 型及其相关技术的应用与研究正呈现出快速发展 的趋势。 由于传统恒速恒频风电系统不能实现最大 风能捕获，变速恒频风电系统具有实现最大风能的 追踪且并网方便、控制灵活等优点，成为了当前和 今后风力发电机组发展的主流机型[1-12]。 在各种变速 恒频风力发电系统类型中，由于双馈发电机转子绕 组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变 频器相连，所需的变频器容量较少，并且可实现发 电机定子有功功率和无功功率的独立调节，已成为 当前兆瓦级大型风力发电机系统的流行机组之 一 。 [10-18]
文 献 标 志 码 ：A
双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析
唐显虎，李 辉，夏桂森，刘志详
（重庆前卫仪表厂风电控制设备分公司，重庆 401121）
Analysis on Grid-Connecting Control Strategy and Performances of Doubly Fed Wind Turbine Generators
ABSTRACT： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｎｏ－ ｌｏａｄ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｙ ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ （ＤＦＩＧ） ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｎｏ ｓｕｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｆｏｒ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＤＦＩＧ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａ ｒｏｔｏｒ－ ｓｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄｏｎＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｆｏｒ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ＤＦＩＧ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｖｏｌｔａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ｂｕｉｌｔ， ａｎｄ ｎｏ ｓｕｒｇｅｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｉｄ－ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙｍｅａｎｓ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ， ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＤＦＩＧｉｓａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ， ｏｒ ａｔ ｓｕｐｅｒ－ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓａｎｄｓｕｂ－ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓｐｅｅｄ． KEY WORDS: wind power generation; doubly fed induction generator ; grid - connected control ; grid voltage orientation ; operational performances 摘要： 为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网，基于电 网电压定向矢量控制技术，提出了一种考虑转子电流动态调 节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。 基于Matlab/ Simulink仿真平台， 建立了双馈风力发电机系统及 其 并 网 控 制的数学模型，并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组 的自动并网运行特性进行了仿真。 仿真实验结果证明无论初 始转速为同步转速，还是超、亚同步转速，利用提出的并网控 制策略， 双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压，并 网过渡过程定子电流基本没有冲击。
按 照 式 (1) 的 双 馈 发 电 机 电 磁 暂 态 的 数 学 模 型 ， 考虑并网前空载运行，定子电流为零，可得双馈发 电机空载运行时的数学模型如式（6）所示：
!#usd=Lm
dird dt
-ωsLmirq
# ##usq=Lm
dirq dt
+ωsLmird
"
（6）
#urd=Rr #
ird+Lr
图中
，u′rd=Rr
ird+σLr
dird dt
，u′rq=Rr
irq+σLr
dirq dt
。
2 双馈风电机组并网控制数学模型
由于电网电压可以直接测量，本文利用电网电 压定向矢量控制技术，提出一种考虑转子电流调节 动态特性的并网控制策略，既可实现定子电压的快 速建立，又考虑转子电流的动态调节特性实现转子 电流的闭环控制。
1 双馈风力发电机组数学模型
双馈风力发电组由风力机、齿轮箱、发电机、变 流器和变压器等组成。 双馈风力发电机系统典型的 空 载 并 网 连 接 框 图 如 图 1 所 示[15-17]。
在双馈风力发电机系统并网控制阶段，由于根
图1 双馈风力发电机组空载并网连接示意图
据电网电压和发电机转速调节转子励磁电流，进而
第 ２６ 卷 第 ３ 期
电网与清洁能源
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由上式可以看出， 在电网电压一定情况下，定 子有功功率和无功功率分别与励磁电流的d和q轴 分量ird，irq成正比， 调节转子电流相应分量可分别独 立调节双馈发电机定子有功和无功功率。 转子励磁 电流可以通过转子电压动态调节，而双馈发电机转 子动态电压进一步可表示如下：
得到转子电流的给定值来实现。