感應(yīng)電機(jī)風(fēng)電機(jī)組全功率變流器控制和優(yōu)化.pdf

1、隨著日益加劇的環(huán)境污染和能源短缺問題，風(fēng)能作為最有發(fā)展空間的可再生潔凈能源之一，近年來在全球范圍內(nèi)得到廣泛開發(fā)，從而帶動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展與不斷創(chuàng)新。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，基于鼠籠感應(yīng)發(fā)電機(jī)的全功率型變流器風(fēng)電機(jī)組以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，尤其在海上風(fēng)電領(lǐng)域已成為普遍采用的一類機(jī)型。針對(duì)鼠籠感應(yīng)電機(jī)風(fēng)電機(jī)組全功率變流器，傳統(tǒng)控制策略存在穩(wěn)定性、控制性能、效率與可靠性方面的明顯不足。因此，進(jìn)一步優(yōu)化全功率變流

2、器性能，提高機(jī)組控制性能、效率與可靠性具有重要意義。本文分別從以下幾個(gè)方面討論該類型機(jī)組的控制與優(yōu)化問題。
　　1.對(duì)于采用LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)變流器，為改善控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能并提高控制器應(yīng)對(duì)參數(shù)變動(dòng)以及外部擾動(dòng)的魯棒性，提出了一種基于滑模技術(shù)的網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。文章通過建立網(wǎng)側(cè)電流多階誤差方程，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了電流滑?？刂破?并提出用PI調(diào)節(jié)器直流母線電壓外環(huán)與滑模電流內(nèi)環(huán)的級(jí)聯(lián)式控制結(jié)構(gòu)，由此設(shè)計(jì)了采用LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)

3、變流器控制系統(tǒng)。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了滑?？刂破髂苓_(dá)到控制要求并具有很好的魯棒性。
　　2.對(duì)于機(jī)側(cè)變流器，為提高控制性能、增加可靠性并降低硬件成本，對(duì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)無速度傳感器的觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，提出一種基于離散輸入的閉環(huán)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方案，給出一組用線性矩陣不等式描述的約束條件以保證觀測(cè)誤差漸近穩(wěn)定;基于模型參考自適應(yīng)方法研究發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)的工程實(shí)現(xiàn)方案。詳細(xì)探討了觀測(cè)器設(shè)計(jì)中直流偏置的抑制方法。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了磁鏈觀測(cè)器

4、設(shè)計(jì)以及無速度傳感器控制實(shí)現(xiàn)方案的有效性。
　　3.為提高直流母線電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減少母線電容容量，研究了直流母線電壓波動(dòng)抑制的優(yōu)化控制方案。建立了機(jī)組整體歐拉-拉格朗日模型，以無源性控制理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了機(jī)側(cè)、網(wǎng)側(cè)變流器聯(lián)合控制器，并通過對(duì)系統(tǒng)平衡點(diǎn)的優(yōu)化配置改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中由于模型參數(shù)不確定導(dǎo)致無源性控制性能下降的問題，提出具有L2增益抑制的無源性控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法。分析機(jī)組快速性能的約束條件，提出采用功率斜

5、率控制方法進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出控制方法的有效性。
　　4.為提高機(jī)組發(fā)電效率、降低系統(tǒng)損耗，提出一種基于系統(tǒng)損耗模型的節(jié)能優(yōu)化控制方案。同時(shí)考慮含鐵芯損耗的感應(yīng)發(fā)電機(jī)損耗模型以及功率變流器的損耗模型，在不同風(fēng)速下，建立發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的最優(yōu)工作點(diǎn)，將其應(yīng)用到機(jī)側(cè)變流器的矢量控制中;并對(duì)不同風(fēng)速時(shí)機(jī)組采用節(jié)能算法下的損耗情況與優(yōu)化效果進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論方法正確性。
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