基于改进自抗扰的电压控制型双馈风电机组故障穿越策略

谢震; 崔建; 李喆; 张兴

doi:10.7500/AEPS20210828002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于改进自抗扰的电压控制型双馈风电机组故障穿越策略

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于改进自抗扰的电压控制型双馈风电机组故障穿越策略
- Fault Ride-through Strategy of Voltage-controlled Doubly-fed Wind Turbine Based on Improved Active Disturbance Rejection
- 电力系统自动化 2022年46卷第21期页码：160-169
- 作者机构：
  
  合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
- 作者简介：
  
  谢震(1976—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：大功率风力发电用并网变流器。E-mail：ppsd2003xie@sina.com
  崔建(1994—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源发电技术。E-mail：cj1455173611@163.com
  李喆(1997—)，男，博士研究生，主要研究方向：新能源发电技术。E-mail：2019110315@mail.hfut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51877063)
- DOI：10.7500/AEPS20210828002
  中图分类号：
- 收稿：2021-08-28，
  
  修回：2022-03-10，
  
  网络出版：2022-07-28，
  
  纸质出版：2022-11-10
- 稿件说明：
移动端阅览
谢震,崔建,李喆等.基于改进自抗扰的电压控制型双馈风电机组故障穿越策略[J].电力系统自动化,2022,46(21):160-169.

XIE Zhen,CUI Jian,LI Zhe,et al.Fault Ride-through Strategy of Voltage-controlled Doubly-fed Wind Turbine Based on Improved Active Disturbance Rejection[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(21):160-169.
谢震,崔建,李喆等.基于改进自抗扰的电压控制型双馈风电机组故障穿越策略[J].电力系统自动化,2022,46(21):160-169. DOI： 10.7500/AEPS20210828002.

XIE Zhen,CUI Jian,LI Zhe,et al.Fault Ride-through Strategy of Voltage-controlled Doubly-fed Wind Turbine Based on Improved Active Disturbance Rejection[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(21):160-169. DOI： 10.7500/AEPS20210828002.

摘要

电压控制型双馈感应发电机（VC-DFIG）具有良好的电压/频率支撑能力，其定子电压、转子电流双闭环结构有助于维持电压稳定，因而更适合在弱电网下运行。针对VC-DFIG电网对称故障下的电磁暂态问题，提出一种基于改进自抗扰的转子过电流抑制策略。首先，基于VC-DFIG转子电流数学模型构建转子电流自抗扰控制方案。然后，针对电网电压跌落瞬间扩张状态观测器(ESO)扰动估计不足的问题，在扰动估计中引入一定的暂态分量。一方面，实现扰动估计速度与精度的进一步提升，提高故障下VC-DFIG的转子过电流抑制能力；另一方面，通过ESO能对暂态分量变化所引起的扰动进行抑制，降低对暂态磁链观测准确性的依赖，具有较好的鲁棒性。最后，通过实验结果验证了所提方案的优越性。

Abstract

The voltage-controlled doubly-fed induction generator (VC-DFIG) has good voltage/frequency supporting capacity and its double closed-loop structure of stator voltage and rotor current helps maintain the voltage stability

which makes it more suitable for operation in weak grids. A rotor overcurrent suppression strategy based on the improved active disturbance rejection is proposed for the electromagnetic transient problem under symmetric faults of the power grid with VC-DFIG. Firstly

an active disturbance rejection control scheme of rotor current is constructed based on the VC-DFIG rotor current mathematical model. Then

for the problem of insufficient disturbance estimation by the extended state observer (ESO) at the moment of the voltage drop in the power grid

a certain transient component is introduced into the disturbance estimation. On one hand

the speed and accuracy of the disturbance estimation are further improved

and the rotor overcurrent suppression capability of the VC-DFIG under the fault is enhanced. On the other hand

ESO can suppress the disturbance caused by the change of transient components and reduce the dependence on the accuracy of transient magnetic chain observation

which has better robustness. Finally

the superiority of the proposed scheme is verified by experimental results.

关键词

Keywords

references

孔旻玥，孙丹，年珩 . 双馈风电机组系统功率响应特性建模方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 118 - 125 .

KONG Minyue ， SUN Dan ， NIAN Heng . Modeling method for power response characteristics of DFIG-based wind turbine system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 118 - 125 .

ZHU D ， ZHOU S ， ZOU X ， et al . Improved design of PLL controller for LCL-type grid-connected converter in weak grid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 3 （ 5 ）： 4715 - 4727 .

张学广，马彦，王天一，等 . 弱电网下双馈发电机输入导纳建模及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1507 - 1516 .

ZHANG Xueguang ， MA Yan ， WANG Tianyi ， et al . Input admittance modeling and stability analysis of DFIG under weak grid condition ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 5 ）： 1507 - 1516 .

徐海亮，吴瀚，李志，等 . 低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的几个关键问题［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 22 ）： 4688 - 4702 .

XU Hailiang ， WU Han ， LI Zhi ， et al . Several key issues on stability study of DFIG-based wind turbines with negative sequence control during low short-circuit ratio power grids ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 22 ）： 4688 - 4702 .

WU C ， XIONG X L ， TAUL M G ， et al . Enhancing transient stability of PLL-synchronized converters by introducing voltage normalization control ［J］. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems ， 2021 ， 11 （ 1 ）： 69 - 78 .

孙军，蒋天龙，王仰铭，等 . 不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 10 ）： 135 - 144 .

SUN Jun ， JIANG Tianlong ， WANG Yangming ， et al . Optimization strategy of virtual synchronous generator control for doubly-fed induction generator in unbalanced power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 135 - 144 .

谢震，孟浩，张兴，等 . 基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 157 - 163 .

XIE Zhen ， MENG Hao ， ZHANG Xing ， et al . Virtual synchronous control strategy of DFIG-based wind turbines based on stator virtual impedance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 157 - 163 .

李辉，王坤，胡玉，等 . 双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 12 ）： 3434 - 3443 .

LI Hui ， WANG Kun ， HU Yu ， et al . Impedance modeling and stability analysis of virtual synchronous control based on doubly-fed wind generation systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 12 ）： 3434 - 3443 .

WANG S ， HU J B ， YUAN X M . Virtual synchronous control for grid-connected DFIG-based wind turbines ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2015 ， 3 （ 4 ）： 932 - 944 .

周鹏，张新燕，邸强，等 . 基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 71 - 78 .

ZHOU Peng ， ZHANG Xinyan ， DI Qiang ， et al . Pre-synchronous grid-connection strategy of DFIG-based wind turbine with virtual synchronous generator control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 71 - 78 .

SUN P ， YAO J ， LIU R K ， et al . Virtual capacitance control for improving dynamic stability of the DFIG-based wind turbines during a symmetrical fault in a weak AC grid ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 1 ）： 333 - 346 .

曾德银，姚骏，张田，等 . 虚拟同步发电机多机并联系统的频率小信号稳定性分析研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2048 - 2061 .

ZENG Deyin ， YAO Jun ， ZHANG Tian ， et al . Research on frequency small-signal stability analysis of multi-parallel virtual synchronous generator-based system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 2048 - 2061 .

杨淑英，陈刘伟，孙灯悦，等 . 非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 18 ）： 13 - 19 .

YANG Shuying ， CHEN Liuwei ， SUN Dengyue ， et al . LVRT transient compensation strategy for doubly-fed wind turbines under asymmetrical grid faults ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 18 ）： 13 - 19 .

向大为，杨顺昌，冉立 . 电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究［J］. 中国电机工程学报， 2006 ， 26 （ 3 ）： 164 - 170 .

XIANG Dawei ， YANG Shunchang ， RAN Li . Ride-through control strategy of a doubly fed induction generator for symmetrical grid fault ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2006 ， 26 （ 3 ）： 164 - 170 .

CHANG Y Z ， HU J B ， YUAN X M . Mechanism analysis of DFIG-based wind turbine’s fault current during LVRT with equivalent inductances ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 1515 - 1527 .

杨淑英，陈银，周天保，等 . 低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 4 ）： 12 - 18 .

YANG Shuying ， CHEN Yin ， ZHOU Tianbao ， et al . Virtual inductance based self-demagnetization control for doubly-fed induction generator wind turbines during low voltage ride-through process ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 4 ）： 12 - 18 .

常远瞩，胡家兵，田旭，等 . 基于运算电感分析电网对称故障下双馈型风力发电机Crowbar保护动作期间的定子电流特征［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6192 - 6200 .

CHANG Yuanzhu ， HU Jiabing ， TIAN Xu ， et al . Characteristics analysis to DFIG-based wind turbine’s stator current during crowbar protection and symmetrical fault by operational inductance ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6192 - 6200 .

ZHU D ， ZOU X ， ZHOU S ， et al . Feedforward current references control for DFIG-based wind turbine to improve transient control performance during grid faults ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 670 - 681 .

王涛，诸自强，年珩 . 非理想电网下双馈风力发电系统运行技术综述［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 3 ）： 455 - 471 .

WANG Tao ， ZHU Ziqiang ， NIAN Heng . Review of operation technology of doubly-fed induction generator-based wind power system under nonideal grid conditions ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 455 - 471 .

WANG S ， SHANG L . Fault ride through strategy of virtual-synchronous-controlled DFIG-based wind turbines under symmetrical grid faults ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 1360 - 1371 .

尚磊，胡家兵，袁小明，等 . 电网对称故障下虚拟同步发电机建模与改进控制［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 403 - 412 .

SHANG Lei ， HU Jiabing ， YUAN Xiaoming ， et al . Modeling and improved control of virtual synchronous generators under symmetrical faults of grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 403 - 412 .

NIAN H ， JIAO Y Z . Improved virtual synchronous generator control of DFIG to ride-through symmetrical voltage fault ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 672 - 683 .

程雪坤，孙旭东，柴建云，等 . 电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 20 ）： 47 - 54 .

CHENG Xuekun ， SUN Xudong ， CHAI Jianyun ， et al . Virtual synchronous control strategy for doubly-fed induction generator wind turbines under symmetrical grid faults ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 20 ）： 47 - 54 .

程雪坤，孙旭东，柴建云，等 . 适用于电网不对称故障的双馈风力发电机虚拟同步控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 9 ）： 120 - 126 .

CHENG Xuekun ， SUN Xudong ， CHAI Jianyun ， et al . Virtual synchronous control strategy for doubly-fed induction generator wind turbines under asymmetrical grid faults ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 120 - 126 .

韩京清 . 从PID技术到“自抗扰控制”技术［J］. 控制工程， 2002 ， 9 （ 3 ）： 13 - 18 .

HAN Jingqing . From PID technique to active disturbances rejection control technique ［J］. Basic Automation ， 2002 ， 9 （ 3 ）： 13 - 18 .

王海强，黄海 . 扩张状态观测器的性能与应用［J］. 控制与决策， 2013 ， 28 （ 7 ）： 1078 - 1082 .

WANG Haiqiang ， HUANG Hai . Property and applications of extended state observer ［J］. Control and Decision ， 2013 ， 28 （ 7 ）： 1078 - 1082 .

刘春强，骆光照，涂文聪，等 . 基于自抗扰控制的双环伺服系统［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 23 ）： 7032 - 7039 .

LIU Chunqiang ， LUO Guangzhao ， TU Wencong ， et al . Servo systems with double closed-loops based on active disturbance rejection controllers ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 23 ）： 7032 - 7038 .

李杰，齐晓慧，夏元清，等 . 线性/非线性自抗扰切换控制方法研究［J］. 自动化学报， 2016 ， 42 （ 2 ）： 202 - 212 .

LI Jie ， QI Xiaohui ， XIA Yuanqing ， et al . On liner/nonliner active disturbance rejection switching control ［J］. Acta Automatic Sinica ， 2016 ， 42 （ 2 ）： 202 - 212 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于无功电流补偿的直驱风机故障后过电压抑制策略

用于大规模新能源架空线路送出的储能型柔性直流输电系统

采用高低阀接线的嵌套型MMC拓扑及其直流故障穿越策略

基于频域通用建模的双馈风电机组参数的一体化辨识方法

考虑过充/过放的电化学储能电站建模及故障特性分析