低電壓故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)特性分析與運行控制.pdf

1、變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的電機結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機類似，轉(zhuǎn)子經(jīng)雙向功率變換器與電網(wǎng)連接，流過轉(zhuǎn)子電路的功率為轉(zhuǎn)差功率，降低了變頻器成本，通過改變雙向功率變換器電子器件導(dǎo)通角調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值、相位和頻率可實現(xiàn)有功和無功輸出的靈活控制，對電網(wǎng)可起到無功補償作用，在商業(yè)化機組中應(yīng)用廣泛。本文結(jié)合風力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展需求，立題對低電壓故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性與控制策略開展深入研究。
　　 本文提出了

2、計及定子磁鏈變化、勵磁電流過渡過程的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)精確控制模型，為電網(wǎng)故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)特性分析和運行控制提供了理論依據(jù)；以此為基礎(chǔ)提出了基于自抗擾控制理論的強勵控制方案，觀測電網(wǎng)擾動及交叉耦合項加以前饋補償，并利用配置非線性結(jié)構(gòu)代替線性加權(quán)和形式，構(gòu)成非線性誤差反饋控制率，在實現(xiàn)解耦控制的同時抑制電網(wǎng)擾動對轉(zhuǎn)子電流的影響，獲得了比傳統(tǒng)控制方案更優(yōu)越的不間斷運行能力，在系統(tǒng)建模及故障下控制方面具有創(chuàng)新性；在此基礎(chǔ)上，本文提出了基于

3、模型補償ESO理論的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)辨識方法。將辨識轉(zhuǎn)速作為雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)已知模型的一部分，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速辨識過程中已知模型的實時連續(xù)校正調(diào)節(jié)，隨著已知模型的不斷校正調(diào)整，有效縮小系統(tǒng)不確定部分的變化范圍，有效降低ESO的觀測負擔，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速辨識的快速收斂，達到較好的辨識效果；同時，從系統(tǒng)不確定部分的ESO觀測結(jié)果中提取轉(zhuǎn)速辨識誤差信息，對其進行反饋校正，辨識轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)不確定部分的不斷校正調(diào)節(jié)，從結(jié)構(gòu)上改進了原有的開環(huán)估計算法，形成了

4、閉環(huán)辨識結(jié)構(gòu)。
　　 同時，本文開展了低電壓故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的運行性能評估，闡明了低電壓故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)特性及定、轉(zhuǎn)子磁鏈的變化規(guī)律；采用時域建模分析方法揭示了磁路飽和與集膚效應(yīng)對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的影響作用；通過對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)空間模型進行小干擾穩(wěn)定分析，研究其特征根的變化特性，進一步印證了磁路飽和與集膚效應(yīng)對系統(tǒng)暫態(tài)運行特性的作用機制。研究結(jié)果表明，在電網(wǎng)電壓跌落時，主磁路飽和對于系統(tǒng)的暫態(tài)響

5、應(yīng)特性無影響；當故障清除、電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，主磁路可能會產(chǎn)生飽和，但其影響程度有限。此外，主磁路飽和引發(fā)的勵磁電感Lm減小能夠增大雙饋電機轉(zhuǎn)子暫態(tài)阻尼，增強雙饋電機的暫態(tài)穩(wěn)定性，使其遠離穩(wěn)定極限。雙饋電機集膚效應(yīng)能夠抑制由外部擾動，包括電網(wǎng)擾動引起的電磁暫態(tài)振蕩，加速暫態(tài)分量的衰減過程，在促進系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定方面發(fā)揮積極作用；但會增大雙饋電機定、轉(zhuǎn)子電流暫態(tài)沖擊，不利于雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的安全運行，在控制系統(tǒng)研究、暫態(tài)特性分析以及轉(zhuǎn)子保護電路設(shè)

6、計時應(yīng)考慮集膚效應(yīng)的影響。
　　 此外，本文從雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)運行控制及載荷分析的角度，提出了包括風速場、變速風機、傳動軸系、電機、交流器在內(nèi)的整個風力發(fā)電系統(tǒng)完整模型，為低電壓故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的運行載荷分析提供了模型基礎(chǔ)；通過與FAST輸出結(jié)果的對比分析驗證了所建模型的正確性，對其分析結(jié)果的可信度進行了評估；在此基礎(chǔ)上，明確地揭示出低電壓故障對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)葉片和塔架的影響，為風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運行控制策略的研究以及面