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

1、隨著全球范圍內(nèi)風力發(fā)電技術的不斷發(fā)展以及風力發(fā)電系統(tǒng)容量的不斷擴大，風力發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量和并網(wǎng)運行的安全可靠性能得到廣泛的關注。由于風電場大多安裝于電網(wǎng)末端，且電網(wǎng)環(huán)境中往往包含了非線性負載、三相非平衡負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)定可靠運行以及大規(guī)模風力發(fā)電系統(tǒng)的運行安全性，我國建立了相應的風電并網(wǎng)技術標準《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》和《風電

2、場接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，均要求風電系統(tǒng)在所接電網(wǎng)存在不平衡及諧波畸變的非理想運行條件時能持續(xù)不脫網(wǎng)運行，且輸出風電質(zhì)量符合標準要求。本文以應用最為廣泛的雙饋異步感應(DFIG)風電系統(tǒng)在電網(wǎng)三相電壓不對稱及諧波畸變條件下的運行控制技術為主題，從理論分析、仿真驗證和實驗驗證三個方面地進行了充分、全面、深入、細致的研究，獲得了一些創(chuàng)新研究成果。
　　1.研究了雙饋風力發(fā)電機(DFIG)運行于低次諧波畸變（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)化設計技術，以提高對DFIG諧波分量的控制精度。在計及DFIG閉環(huán)控制中采樣和調(diào)制等造成控制延時的同時，以閉環(huán)控制幅值裕度以及相位裕度作為設計依據(jù)，實現(xiàn)PIR參數(shù)的優(yōu)化設計。進一步研究了當諧振帶寬參數(shù)變化時PIR諧振部分增益參數(shù)的設計方法，以確保不同諧振帶寬參數(shù)時PIR調(diào)節(jié)器對諧波交流誤差信號具有相同的控制能力，提升D

4、FIG在實際諧波電網(wǎng)下的運行性能。
　　2.當DFIG運行于低次諧波畸變（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)對交流誤差信號的調(diào)節(jié)性能，包括通過開環(huán)傳遞函數(shù)對比兩個調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制穩(wěn)定性，通過閉環(huán)傳遞函數(shù)對比兩個調(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調(diào)節(jié)精度，可進一步提高DFIG在諧波電網(wǎng)下的運行能力。
　　3.研究了DFIG運行于低次諧波畸變（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功功率平穩(wěn)無波動為控制目標，提高DFIG在低次諧波畸變電網(wǎng)下的運行性能。此外，通過建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，分析并驗證了所提基于VPI的直接功率控制策略具有良好的閉環(huán)運行穩(wěn)定性，優(yōu)異的閉環(huán)控制穩(wěn)態(tài)精度，良好的對電網(wǎng)電壓中低次諧波分量的抵抗特

6、性，以及對解耦補償項中低次諧波分量的抵抗特性，同時也對比并驗證了所提直接功率閉環(huán)控制相比于轉子電流矢量閉環(huán)控制具有更為優(yōu)異的DFIG動態(tài)響應能力。
　　4.研究了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)(DFIG)運行于不平衡及諧波畸變（5次及7次）電網(wǎng)下時的機側變流器和網(wǎng)側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)下的運行性能。其中，采用基于PI調(diào)節(jié)器的機側變流器轉子電流矢量控制和網(wǎng)側變流器網(wǎng)側電流矢量控制，以及基于VPI調(diào)節(jié)器的機

7、側變流器定子輸出有功/無功功率或者定子輸出電流的直接諧振控制和網(wǎng)側變流器有功/無功功率或者網(wǎng)側電流的直接諧振控制，控制目標為1）定子輸出有功功率及無功功率和網(wǎng)側有功功率及無功功率平穩(wěn)無波動，或者2）定子電流和網(wǎng)側變流器電流三相對稱且正弦。進而研究了當控制目標1時的定子電流以及網(wǎng)側電流三次諧波分量，以及兩個控制目標分別實現(xiàn)時直流母線電壓波動分量以及電磁轉矩波動分量。
　　5.研究了當雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)(DFIG)運行于廣義諧波畸變（5

8、次，7次，11次，13次，17次，19次等）電網(wǎng)下時的基于重復控制調(diào)節(jié)器的機側變流器控制策略，改善了DFIG系統(tǒng)在廣義諧波畸變電網(wǎng)下的運行性能。針對傳統(tǒng)重復控制器的幅值增益隨著控制頻率的增加而下降的問題，通過加入幅值響應補償環(huán)節(jié)，以確保改進后的重復控制器對DFIG轉子電流高頻諧波信號具有更為優(yōu)異的調(diào)節(jié)能力。為提升傳統(tǒng)重復控制器在電網(wǎng)頻率偏移下對諧波信號的控制能力，研究了基于可調(diào)帶寬參數(shù)的重復控制調(diào)節(jié)器，從而增強其對電網(wǎng)頻率偏移的魯棒性。