電網故障情況下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)直接功率控制策略研究.pdf

1、近年來，隨著各國并網導則中對風電機組在電網故障期間的不間斷運行和無功補償能力規(guī)定的相繼出臺，故障穿越技術無疑成為了目前各類風電系統(tǒng)最大的技術挑戰(zhàn)。特別是對于雙饋風電系統(tǒng)這類對電網故障敏感的機型，再加上其所采用的部分功率變換器對機組控制能力有限，使得電網故障條件下雙饋風電系統(tǒng)的控制問題，成為當前學術界關注的熱點。因此，開展對電網故障情況下雙饋風電系統(tǒng)控制技術的研究，具有非常重要的理論意義和應用價值。
　　本文以電網故障情況下的雙饋風

2、電系統(tǒng)為研究對象，結合直接功率控制技術，分別從改善雙饋電機的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運行特性兩個方面，對電網故障情況下雙饋風電系統(tǒng)的故障穿越控制技術進行了深入研究；在穩(wěn)態(tài)方面，提出采用滑?？刂坪椭苯庸β士刂葡嘟Y合的控制策略，同時配合不平衡電網電壓下新型的優(yōu)化補償控制方案，增強系統(tǒng)在輕度不對稱電網故障下的穩(wěn)態(tài)控制能力；在暫態(tài)方面，提出一種基于直接功率控制的滅磁控制方案，配合定子側串聯(lián)動態(tài)制動電阻的硬件保護方案，實現(xiàn)了對各類電網故障下瞬態(tài)故障電流的抑制。

3、主要研究內容如下：
　?。?）研究了理想電網條件下雙饋風電系統(tǒng)的直接功率控制策略。在兩相靜止坐標系下，建立了以瞬時有功和無功功率作為狀態(tài)變量的雙饋電機與網側變換器的數(shù)學模型，采用滑模變結構控制與直接功率控制相結合的方法，分別設計了網側和轉子側變換器的控制策略，并基于該控制策略實現(xiàn)了雙饋風電系統(tǒng)的最大風能追蹤控制。特別的，針對網側變換器提出了一種新型的基于滑?？刂频碾妷和猸h(huán)和直接功率控制內環(huán)的雙環(huán)控制策略，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。

4、
　?。?）為了增強雙饋風電系統(tǒng)在電網故障期間的穩(wěn)態(tài)運行能力，對電網輕度不對稱故障下雙饋風電系統(tǒng)的直接功率控制策略進行了重點研究。研究了不平衡電網電壓條件下網側變換器直接功率控制策略，詳細分析了不平衡電網電壓對網側變換器輸出的瞬時有功和無功功率的影響，并據(jù)此提出了一種基于直接功率控制的無需電流相序分解的網側變換器功率優(yōu)化補償控制方案，可分別實現(xiàn)網側變換器輸出有功功率恒定、無功功率恒定、輸出電流對稱正弦等控制目標。在考慮交流側阻抗的

5、情況下，分析了網側變換器內部的功率流動關系，提出了一種能夠通過補償網側變換器交流側阻抗功率波動，消除直流母線電壓振蕩的功率優(yōu)化補償控制策略。
　　（3）研究了電網輕度不對稱故障下雙饋電機的直接功率控制策略。分析了不平衡電網電壓對雙饋電機輸出的瞬時有功和無功功率以及電磁轉矩的影響，并將前述的功率優(yōu)化補償方案應用于雙饋風電系統(tǒng)的轉子側變換器，分別實現(xiàn)了雙饋電機輸出有功功率恒定、消除無功功率和電磁轉矩二倍頻波動、定子電流對稱正弦等控制目

6、標。為了改善雙饋風電系統(tǒng)在不對稱故障下的整體運行性能，詳細分析了不平衡電網電壓條件下雙饋風電系統(tǒng)內部的功率流動特點，提出了一種網側與轉子側變換器的協(xié)同控制策略，通過對兩個變換器功率參考量的合理補償，可在消除雙饋電機電磁轉矩的二倍頻振蕩的同時，保持系統(tǒng)輸出總有功功率恒定，且能使并網電流波形保持良好的正弦度，直流母線電壓的振蕩也可以得到有效抑制。另外，還對不平衡電網電壓所引起的轉子側變換器輸出電壓飽和問題進行了討論，并得出了轉子側變換器在不

7、平衡電網電壓條件下的有效控制運行范圍。
　?。?）在電網故障發(fā)生瞬間，為了改善雙饋電機內部的電磁暫態(tài)過渡過程對系統(tǒng)故障穿越運行所產生的嚴重影響，文中詳細分析了各類電網故障下雙饋電機的暫態(tài)運行特性，揭示了雙饋電機內部各暫態(tài)分量變化的本質規(guī)律和作用機理；在輕度電網故障下，對直接功率控制下的雙饋電機的暫態(tài)運行特性進行了研究，提出了一種新型的基于直接功率控制的滅磁控制策略，實現(xiàn)了對定子暫態(tài)磁鏈的衰減和定、轉子暫態(tài)過電流的抑制；研究了基于定

8、子側串聯(lián)動態(tài)制動電阻的雙饋電機硬件保護方案，針對重度電網故障，提出了一種基于直接功率控制的滅磁控制策略與定子側串聯(lián)動態(tài)制動電阻相結合的故障穿越方案，以提高雙饋機組在故障期間的故障穿越能力和無功補償能力。
　　（5）設計并研制了一套基于dSPACE實時仿真系統(tǒng)的雙饋電機測控實驗平臺，對平臺總體結構及主要參數(shù)進行了詳細介紹?；诖似脚_在實驗室條件下實現(xiàn)了對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的模擬，并在平衡和不平衡電網電壓條件下對上述所提出的幾種基于直接