雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)改進(jìn)直接功率控制策略研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)的加劇以及環(huán)境問題的凸顯，以風(fēng)力為代表的可再生能源已成為社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象?；陔p饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以其交換器容量小、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)目前已成為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主流機(jī)型。長(zhǎng)期以來矢量控制(VC)都是DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主流控制策略，近年來直接功率控制策略(DPC)以其動(dòng)態(tài)性能好、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及在電網(wǎng)電壓不平衡條件下能同時(shí)保持有功、無功功率恒定等優(yōu)點(diǎn)受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。因此，本文針對(duì)理想電網(wǎng)電壓

2、以及不平衡的電網(wǎng)電壓，對(duì)DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的勵(lì)磁用背靠背式雙PWM交換器的基礎(chǔ)理論及控制策略進(jìn)行了從理論分析到模型仿真，從模型仿真到實(shí)驗(yàn)研究的全方位、深入的研究。
　　 本文將DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器單獨(dú)進(jìn)行研究．首先，給出了理想電網(wǎng)電壓條件下網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器矢量控制的簡(jiǎn)單理論分析以及具體實(shí)現(xiàn)方法。并簡(jiǎn)要介紹了電網(wǎng)電壓的不平衡故障類型及在電網(wǎng)電壓不平衡條件下系統(tǒng)采用直接功率控制策略時(shí)的表現(xiàn)。

3、r>　　 其次，在理想電網(wǎng)電壓條件下，分別建立了網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在兩相靜止αβ坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)建模。并在此數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，給出了網(wǎng)側(cè)變換器基于電網(wǎng)虛擬磁鏈定位的基于查詢開關(guān)表的直接功率控制策略(LUT-DPC)的理論分析、開關(guān)表的確定以及具體實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)給出了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的基于定子磁鏈定位的LUT-DPC，并進(jìn)行了仿真研究，通過對(duì)仿真結(jié)果的分析可得到LUT-DPC開關(guān)頻率不恒定，電流諧波不集中，電流諧波含量較高，有功、無功功率

4、的脈動(dòng)較大等結(jié)論.隨后針對(duì)LUT-DPC的缺點(diǎn)分別對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器提出了改進(jìn)的直接功率控制策略。首先，在理想電網(wǎng)條件下，針對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器本文提出了預(yù)測(cè)直接功率控制策略(P-DPC)和滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制策略(SMC-DPC)．文中對(duì)P-DPC進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析并給出了具體的實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)對(duì)P-DPC的矢量選擇策略以及作用時(shí)間處理方法進(jìn)行了深入研究，而后，對(duì)SMC-DPC進(jìn)行了理論分析，證明了其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗擾動(dòng)能力，并

5、給出了具體的實(shí)現(xiàn)方法，仿真結(jié)果證明了P-DPC和SMC-DPC的正確性和有效性；其次，在理想電網(wǎng)條件下，針對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器本文提出了SMC-DPC，對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器SMC-DPC進(jìn)行了理論分析、證明了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及抗擾動(dòng)能力，仿真研究結(jié)果也證明了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器SMC-DPC方法的正確性和有效性；研究結(jié)果表明了本文中提出的改進(jìn)直接功率控制策略良好的穩(wěn)態(tài)性能和優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能。
　　 雖然直接功率控制策略在電網(wǎng)電壓不平衡條件下依然能夠

6、保持有功、無功功率恒定，但此時(shí)的電流畸變嚴(yán)重，富含諧波，這在某些場(chǎng)合具有應(yīng)用前景，但是在發(fā)電領(lǐng)域中嚴(yán)重的電流諧波會(huì)污染電網(wǎng)，這也是電網(wǎng)規(guī)程所不能允許的，因此，本文研究了電網(wǎng)電壓不平衡條件下的改進(jìn)直接功率控制策略．本文建立了電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在兩相靜止αβ坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型，然后，對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡條件對(duì)直接功率控制的影響進(jìn)行了詳盡的分析，之后分別針對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器提出了三個(gè)控制目標(biāo)，即獲得正弦、對(duì)稱的電網(wǎng)

7、電流（定子電流），獲得恒定的無功功率和獲得恒定的有功功率.然后，經(jīng)過分析得到為完成上述三個(gè)控制目標(biāo)所需的功率補(bǔ)償指令，得到了無需提取負(fù)序電流的基于給定功率指令補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)直接功率控制策略；仿真研究證明了該改進(jìn)直接功率控制策略的正確性和有效性。
　　 最后，本文介紹了一臺(tái)3kVA的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并給出了上述各控制算法的軟件設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了文中所述控制策略的正確性和有效性，并說明本論文所研究的直接功率控制策略在雙饋風(fēng)力發(fā)