雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越(不間斷)運行研究——基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的日益擴(kuò)大和并網(wǎng)規(guī)范要求的不斷提高，促使目前國際風(fēng)電技術(shù)的主要研發(fā)動向是從正常電網(wǎng)條件下風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻運行轉(zhuǎn)向電網(wǎng)故障下的穿越運行，其中最為矚目的研究內(nèi)容是：適應(yīng)電網(wǎng)故障下運行的基于雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)風(fēng)電機(jī)組的控制模型和控制策略；電網(wǎng)故障對DFIG風(fēng)電機(jī)組影響和保護(hù)對策；電網(wǎng)故障下DFIG風(fēng)電機(jī)組的不-斷運行控制策略。更為重要的是目前的故障運行研究已從對稱故障向不對稱故障范疇延伸，這正是風(fēng)電領(lǐng)域需要努力工

2、作、做出創(chuàng)新貢獻(xiàn)且具有挑戰(zhàn)性的新研究方向。
　　 本文以與大電網(wǎng)或與分布式輸電系統(tǒng)相聯(lián)的DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(簡稱DFIG風(fēng)電機(jī)組)在外部電網(wǎng)對稱、不對稱故障下的不間斷運行(穿越運行)與控制為主題，從理論分析、運行仿真和實驗驗證三個方面全方位地進(jìn)行了全面、深入、細(xì)致的研究，獲得了一些同步甚至超前于國際風(fēng)電技術(shù)先進(jìn)水平的重要結(jié)論與自主創(chuàng)新研究成果。
　　 1.建立了三相定子靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

3、中表達(dá)的DFIG勵磁用網(wǎng)側(cè)PWM變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器的精確數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了兩相同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中包括電網(wǎng)狀態(tài)、DFIG發(fā)電機(jī)及網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器在內(nèi)的完整風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)模型，分析了該系統(tǒng)的瞬時有功、無功功率成分。隨后，針對網(wǎng)側(cè)PWM變換器引入了基于電網(wǎng)電壓定向的直流環(huán)節(jié)電壓、電流雙閉環(huán)矢量控制策略，針對轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器建立了兩相同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中計及定子電壓變化、勵磁電流過渡過程的DFIG精確控制模型，進(jìn)一步又

4、提出了分別基于定子電壓定向、定子磁鏈定向的兩種改進(jìn)矢量控制方案，奠定了DFIG風(fēng)電機(jī)組運行分析和電網(wǎng)電壓驟降(跌落)故障下實施有效控制的理論基礎(chǔ)。仿真分析驗證了所建立的DFIG本體精確模型和改進(jìn)的兩種DFIG風(fēng)電機(jī)組矢量控制策略在較小值電網(wǎng)電壓驟降故障下實施控制的有效性。
　　 2.重點研究了不平衡電網(wǎng)電壓條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組的運行性能評估、動態(tài)建模與增強(qiáng)不間斷運行能力的控制對策設(shè)計，包括：評估了電網(wǎng)電壓不平衡時所包含的負(fù)序電

5、壓對DFIG勵磁用網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器運行影響；采用對稱分量法建立了不平衡電網(wǎng)電壓條件下包括DFIG發(fā)電機(jī)、網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在內(nèi)的完整風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正、負(fù)序dq軸模型；針對DFIG網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器分別提出了不平衡電網(wǎng)電壓條件下的增強(qiáng)運行能力控制對策及相應(yīng)的有功、無功功率與正、負(fù)序電流指令算法。
　　 3.基于不平衡電網(wǎng)電壓條件下包括網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在內(nèi)的正、負(fù)序分量形式DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)組完整數(shù)學(xué)模型，提出、討論、驗證、評估

6、了適合于不平衡電網(wǎng)電壓條件下DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵磁用網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的四種不同正、負(fù)序電流控制方案，即正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的雙d-q、PI控制、正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的主、輔電流控制、兩相靜止坐標(biāo)系中及正轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的比例-諧振(PR)控制和比例-積分-諧振(PI-R)控制方案，以此實現(xiàn)了所提出的電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器增強(qiáng)運行能力控制的各個目標(biāo)。翔實的仿真和嚴(yán)格的實驗驗證了各種電流控制方案在不平衡電網(wǎng)

7、電壓條件下的優(yōu)良控制性能。
　　 4.研究了嚴(yán)重對稱電壓驟降(跌落)時DFIG風(fēng)電機(jī)組的控制策略和保護(hù)方案，優(yōu)化了轉(zhuǎn)子crowbar的投/切時刻，分析了轉(zhuǎn)子crowbar所用串聯(lián)耗能電阻大小對交流電網(wǎng)恢復(fù)的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了一種采用串聯(lián)電阻的crowbar和改進(jìn)網(wǎng)側(cè)變換器控制的低電壓穿越運行方案；基于不對稱電網(wǎng)故障時DFIG風(fēng)電機(jī)組運行特性，分析了大值不對稱故障下勵磁變頻器中網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器容量對兩者協(xié)同控制的影響，據(jù)此

8、提出了一種計及有限勵磁變頻器容量的改進(jìn)DFIG不對稱電網(wǎng)故障穿越運行控制新策略，仿真結(jié)果驗證了其有效性。
　　 5.為了驗證電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組增強(qiáng)運行能力控制策略的有效性和實用性，獲得有實用價值的創(chuàng)新性關(guān)鍵風(fēng)電技術(shù)成果，設(shè)計和研制了一臺基于雙PWM變換器(網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器)的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實驗樣機(jī)系統(tǒng)，對電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器不同增強(qiáng)控制目標(biāo)、不同正、負(fù)序電流控