本站原创摘 要：软并网技术是通过晶闸管导通角的逐步打开控制并网电流,实现异步发电机的平稳并网.这种方法是目前大型异步风力发电机组并网的关键控制技术.在实际应用中,多为直接逐步开放晶闸管的导通角,其控制效果并不理想.该文提出了一种采用晶闸管导通角逐步放开加电流闭环PI调节相结合的软并网控制方法.在Matlab/Simulink环境下搭建了一种基于双向晶闸管的软并网异步发电机系统,仿真验证了控制方法的有效性.为异步风电机组软并网系统的研制提供了必要的参考依据.
关 键 词 ：异步发电机 软并网 仿真 晶闸管
中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0076-01
软并网技术是目前大型异步风力发电机组并网的关键控制技术,本文所建立的风电机组软并网控制系统的仿真模型,在晶闸管导通角逐步打开的同时,引入电流PI闭环调节,计算晶闸管触发角的调整量,实现了有效的实时控制,采用双向晶闸管的软并网技术,可以得到一个平稳的并网过渡过程,而不会出现冲击电流[1],使并网冲击电流控制在1.2～1.5倍额定电流以内,得到一个比较平滑的并网过程,为软并网控制系统的研制提供参考依据.
1.采用软并网技术的异步发电机系统
1.1 软并网系统结构和控制原理
软并网闭环控制器原理如图1所示,
我们已知当系统检测到发电机转速接近同步速（99%）,发电机输出端断路器闭合,发电机经双向晶闸管接入电网,晶闸管触发角此时开始由180到0逐渐打开[2].为使软并网过渡时间尽可能短,晶闸管完全导通的时刻与电机到达同步转速的时刻应尽可能接近.但是如果晶闸管导通速度过快会产生较大的冲击电流,所以导通角又需缓慢放开.据此,我们可以确定晶闸管触发角随时间的基本变化趋势,即从接近同步速时开始导通到电机达到同步速,触发角由180 °缓慢放开到0 °.在实际的软并网电路控制中也多直接采用这种方式.
但是这种开环控制方式显然是不稳定的.由此我们引入电流闭环调整量.通过实际采样电机定子电流与电流给定值进行比较,得出相应的电流偏差,经过PI调节算法,计算出所需要的晶闸管触发角的调整量.仿真显示,当并网冲击电流出现时,这一调节可迅速将冲击拉回到合理范围之内,达到实时控制的目的.
如图1中引入阈值的目的在于,当电流偏差已经很小时,可以认为电机已经基本并网稳定,通过阈值和限幅环节快速将触发角置0.当和双向晶闸管并联的自动并网开关检测到触发角为0时,即认为晶闸管完全导通,将晶闸管短接,软并网过渡过程至此结束.
整个软并网过程中,晶闸管触发角变化的基本趋势和PI算法的确定,需要配合调节,才能达到最为理想的限流效果.
1.2 软并网系统的仿真验证
异步发电机的软并网采用了由双向晶闸管调压电路、一组串联断路器、一组并联断路器组成的软并网装置.串联断路器（Three-Phase Breaker1）控制异步发电机在接近同步速时,开始并网过程.当双向晶闸管触发角为0,即晶闸管完全导通,给并联断路器（Three-phase Breaker2）以关断信号,将双向晶闸管短接,软并网过程结束.
软并网的控制策略为[3]：采用限流式软并网,即主要以电机的定子电流作为晶闸管触发角变化的根本依据,通过采样电机定子电流,并与电流给定值进行比较,得出相应的电流偏差值,经过PI调节算法,计算出所需要的晶闸管触发角的调整量,对晶闸管基本变化趋势进行校正.最后经过阈值和限幅环节生成的触发角再返回去控制双向晶闸管,达到限流的目的.
对试验用电机的软并网仿真结果如下图2、3所示.由上图可见,定子电压经由软并网过程,缓慢的上升到额定全压.
由图2、3可见,软并网装置实现了抑制并网冲击电流的目的.最大冲击电流控制在并网稳定电流的1.5～2倍之内,当并网冲击较大时,PI电流闭环控制可以迅速将冲击拉回到合理范围之内.软并网过程的持续时间较短,大概经历0.32 s左右即可达到稳态,减小了对电网的谐波污染.
2.结语
该文设计给出了一种带PI闭环调节的适合试验用电机的软并网控制方法,通过仿真验证了其有效性.结果表明,通过对并网电流的闭环控制,可以得出较好的并网过程,使电机的并网瞬时电流控制在额定电流的1.5～2倍之内,并且系统具有较好的稳定性.