不平衡及諧波電網(wǎng)下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù).pdf

1、隨著全球范圍內(nèi)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量和并網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性能得到廣泛的關(guān)注。由于風(fēng)電場(chǎng)大多安裝于電網(wǎng)末端，且電網(wǎng)環(huán)境中往往包含了非線性負(fù)載、三相非平衡負(fù)載以及如光伏等單相可再生能源發(fā)電單元，因此該電網(wǎng)環(huán)境中常存在三相電壓不平衡、諧波畸變等非理想條件。為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行以及大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，我國(guó)建立了相應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》和《風(fēng)電

2、場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，均要求風(fēng)電系統(tǒng)在所接電網(wǎng)存在不平衡及諧波畸變的非理想運(yùn)行條件時(shí)能持續(xù)不脫網(wǎng)運(yùn)行，且輸出風(fēng)電質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。本文以應(yīng)用最為廣泛的雙饋異步感應(yīng)(DFIG)風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)三相電壓不對(duì)稱(chēng)及諧波畸變條件下的運(yùn)行控制技術(shù)為主題，從理論分析、仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面地進(jìn)行了充分、全面、深入、細(xì)致的研究，獲得了一些創(chuàng)新研究成果。
　　1.研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)運(yùn)行于低次諧波畸變（5次及7次諧波畸變）電網(wǎng)下比例積

3、分諧振調(diào)節(jié)器(Proportional Integral and Resonant Regulator,PIR)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以提高對(duì)DFIG諧波分量的控制精度。在計(jì)及DFIG閉環(huán)控制中采樣和調(diào)制等造成控制延時(shí)的同時(shí)，以閉環(huán)控制幅值裕度以及相位裕度作為設(shè)計(jì)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)PIR參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)一步研究了當(dāng)諧振帶寬參數(shù)變化時(shí)PIR諧振部分增益參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，以確保不同諧振帶寬參數(shù)時(shí)PIR調(diào)節(jié)器對(duì)諧波交流誤差信號(hào)具有相同的控制能力，提升D

4、FIG在實(shí)際諧波電網(wǎng)下的運(yùn)行性能。
　　2.當(dāng)DFIG運(yùn)行于低次諧波畸變（5次及7次諧波畸變）電網(wǎng)下，深入分析了PIR和矢量比例積分調(diào)節(jié)器(Vector Proportional and Integral Regulator, VPI)對(duì)交流誤差信號(hào)的調(diào)節(jié)性能，包括通過(guò)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)比兩個(gè)調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制穩(wěn)定性，通過(guò)閉環(huán)傳遞函數(shù)對(duì)比兩個(gè)調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制穩(wěn)態(tài)精度。研究發(fā)現(xiàn)，VPI調(diào)節(jié)器相比于PIR調(diào)節(jié)器具有更為優(yōu)異的閉環(huán)控制穩(wěn)定性以

5、及更為精確的諧波信號(hào)調(diào)節(jié)精度，可進(jìn)一步提高DFIG在諧波電網(wǎng)下的運(yùn)行能力。
　　3.研究了DFIG運(yùn)行于低次諧波畸變（5次及7次諧波畸變）電網(wǎng)下基于VPI的直接功率控制策略，以定子輸出有功功率及無(wú)功功率平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)為控制目標(biāo)，提高DFIG在低次諧波畸變電網(wǎng)下的運(yùn)行性能。此外，通過(guò)建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，分析并驗(yàn)證了所提基于VPI的直接功率控制策略具有良好的閉環(huán)運(yùn)行穩(wěn)定性，優(yōu)異的閉環(huán)控制穩(wěn)態(tài)精度，良好的對(duì)電網(wǎng)電壓中低次諧波分量的抵抗特

6、性，以及對(duì)解耦補(bǔ)償項(xiàng)中低次諧波分量的抵抗特性，同時(shí)也對(duì)比并驗(yàn)證了所提直接功率閉環(huán)控制相比于轉(zhuǎn)子電流矢量閉環(huán)控制具有更為優(yōu)異的DFIG動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
　　4.研究了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(DFIG)運(yùn)行于不平衡及諧波畸變（5次及7次）電網(wǎng)下時(shí)的機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器模塊化控制策略，以改善DFIG系統(tǒng)在不平衡及諧波畸變電網(wǎng)下的運(yùn)行性能。其中，采用基于PI調(diào)節(jié)器的機(jī)側(cè)變流器轉(zhuǎn)子電流矢量控制和網(wǎng)側(cè)變流器網(wǎng)側(cè)電流矢量控制，以及基于VPI調(diào)節(jié)器的機(jī)

7、側(cè)變流器定子輸出有功/無(wú)功功率或者定子輸出電流的直接諧振控制和網(wǎng)側(cè)變流器有功/無(wú)功功率或者網(wǎng)側(cè)電流的直接諧振控制，控制目標(biāo)為1）定子輸出有功功率及無(wú)功功率和網(wǎng)側(cè)有功功率及無(wú)功功率平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)，或者2）定子電流和網(wǎng)側(cè)變流器電流三相對(duì)稱(chēng)且正弦。進(jìn)而研究了當(dāng)控制目標(biāo)1時(shí)的定子電流以及網(wǎng)側(cè)電流三次諧波分量，以及兩個(gè)控制目標(biāo)分別實(shí)現(xiàn)時(shí)直流母線電壓波動(dòng)分量以及電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分量。
　　5.研究了當(dāng)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(DFIG)運(yùn)行于廣義諧波畸變（5

8、次，7次，11次，13次，17次，19次等）電網(wǎng)下時(shí)的基于重復(fù)控制調(diào)節(jié)器的機(jī)側(cè)變流器控制策略，改善了DFIG系統(tǒng)在廣義諧波畸變電網(wǎng)下的運(yùn)行性能。針對(duì)傳統(tǒng)重復(fù)控制器的幅值增益隨著控制頻率的增加而下降的問(wèn)題，通過(guò)加入幅值響應(yīng)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以確保改進(jìn)后的重復(fù)控制器對(duì)DFIG轉(zhuǎn)子電流高頻諧波信號(hào)具有更為優(yōu)異的調(diào)節(jié)能力。為提升傳統(tǒng)重復(fù)控制器在電網(wǎng)頻率偏移下對(duì)諧波信號(hào)的控制能力，研究了基于可調(diào)帶寬參數(shù)的重復(fù)控制調(diào)節(jié)器，從而增強(qiáng)其對(duì)電網(wǎng)頻率偏移的魯棒性。