電網(wǎng)異常條件下雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直接功率控制.pdf

1、我國(guó)的風(fēng)能資源豐富的區(qū)域大都地處于偏遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，所建立的風(fēng)電場(chǎng)與電力主干網(wǎng)的聯(lián)接較弱，電網(wǎng)電壓易波動(dòng)、不平衡。電網(wǎng)異常條件下變速恒頻雙饋異步風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行與控制成為了研究的重點(diǎn)。系統(tǒng)中交流勵(lì)磁變換器的控制策略決定了風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特征，而直接功率控制其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能好，近期已逐漸成為交流勵(lì)磁變換器的故障穿越控制研究的焦點(diǎn)。本文的研究工作主要是圍繞雙饋異步風(fēng)電機(jī)組（DFIG）交流勵(lì)磁電源的直接功率控制展開。 在充分理解

2、電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)程和變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特征后，對(duì)現(xiàn)有故障穿越技術(shù)進(jìn)行了分析，確認(rèn)針對(duì)各種電網(wǎng)故障情況下改進(jìn)的DFIG控制策略可在其勵(lì)磁變頻器控制范圍內(nèi)可最大限度保證機(jī)組安全，實(shí)現(xiàn)故障穿越過程中多個(gè)控制目標(biāo)，是弱電網(wǎng)條件下風(fēng)電機(jī)組控制研究的重點(diǎn)內(nèi)容。本論文主要研究工作集中在： （1）對(duì)傳統(tǒng)直接功率控制（DPC）方法進(jìn)行了研究。通過對(duì)矢量分析的結(jié)果表明，傳統(tǒng)DPC的單一開關(guān)表和扇區(qū)劃分方式會(huì)導(dǎo)致電壓矢量出現(xiàn)周期性誤差，最終致使D

3、FIG風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)變換器輸入電流含大量高次諧波，必須對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。 （2）對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組交流勵(lì)磁變頻器的網(wǎng)側(cè)變換器進(jìn)行了研究，提出了一種復(fù)開關(guān)表DPC方法，在DPC基本原理的基礎(chǔ)上通過引入SVM技術(shù)提出了恒定開關(guān)頻率DPC。復(fù)開關(guān)表DPC的開關(guān)表數(shù)據(jù)通過離線計(jì)算獲得，主要邏輯部分由查表完成，故采用復(fù)開關(guān)表的DPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件要求低。而恒定開關(guān)頻率DPC通過引入了空間矢量調(diào)制（SVM）技術(shù)可使開關(guān)諧波集中在采樣頻率

4、附近，雖適度增加了控制算法的復(fù)雜度但簡(jiǎn)化了風(fēng)電機(jī)組配套的電力濾波器的硬件設(shè)計(jì)難度。 （3）對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組交流勵(lì)磁變頻器的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器進(jìn)行了研究，提出了三種可用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)條件下DFIG勵(lì)磁變頻器有效控制的恒定開關(guān)頻率的DPC策略。在故障穿越的動(dòng)態(tài)過程中這三種控制策略可分別實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩恒定的控制目標(biāo)，從而分別實(shí)現(xiàn)縮短動(dòng)態(tài)過程的振蕩時(shí)間、保護(hù)交流勵(lì)磁變頻器和抑制機(jī)械轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制效果，從不同方面滿足弱電網(wǎng)條

5、件下DFIG風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制的要求。 （4）使用對(duì)稱分量法分析了弱電網(wǎng)條件下各種類型輸電線路故障對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)DFIG風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓的影響，估算了最嚴(yán)重故障條件下發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓跌落、負(fù)序電壓分量的大小，以及不同故障類型下使DFIG產(chǎn)生最大、最小定子直流磁鏈的故障相位角。并以此為依據(jù)分析了當(dāng)前變速恒頻．DFIG風(fēng)電系統(tǒng)中常規(guī)矢量控制在不同類型電網(wǎng)故障穿越過程中的表現(xiàn)。 （5）設(shè)計(jì)了一種基于二倍頻陷波器的無時(shí)延正序分量提

6、取方法。根據(jù)不對(duì)稱運(yùn)行條件下瞬時(shí)功率分析改造了本文提出的網(wǎng)側(cè)PWM變換器的復(fù)開關(guān)表DPC方法、定開關(guān)頻率DPC方法，以及DFIG的定開關(guān)頻率DPC算法，使它們適用于不對(duì)稱性電網(wǎng)故障穿越。 （6）使用Matlab/Simulink建立了完整的雙饋異步風(fēng)電機(jī)組仿真模型，并對(duì)DFIG仿真模型進(jìn)行了深入探討。對(duì)網(wǎng)側(cè)PWM變換器和DFIG風(fēng)電機(jī)組的靜穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性以及不對(duì)稱運(yùn)行進(jìn)行了仿真。對(duì)一套15kW交流勵(lì)磁變速恒頻風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了