電網(wǎng)異常條件下雙饋異步風力發(fā)電機的直接功率控制.pdf

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

2、電網(wǎng)運行規(guī)程和變速恒頻雙饋風力發(fā)電機組運行特征后，對現(xiàn)有故障穿越技術(shù)進行了分析，確認針對各種電網(wǎng)故障情況下改進的DFIG控制策略可在其勵磁變頻器控制范圍內(nèi)可最大限度保證機組安全，實現(xiàn)故障穿越過程中多個控制目標，是弱電網(wǎng)條件下風電機組控制研究的重點內(nèi)容。本論文主要研究工作集中在： （1）對傳統(tǒng)直接功率控制（DPC）方法進行了研究。通過對矢量分析的結(jié)果表明，傳統(tǒng)DPC的單一開關(guān)表和扇區(qū)劃分方式會導致電壓矢量出現(xiàn)周期性誤差，最終致使D

3、FIG風電機組網(wǎng)側(cè)變換器輸入電流含大量高次諧波，必須對其進行改進和優(yōu)化。 （2）對DFIG風電機組交流勵磁變頻器的網(wǎng)側(cè)變換器進行了研究，提出了一種復開關(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。復開關(guān)表DPC的開關(guān)表數(shù)據(jù)通過離線計算獲得，主要邏輯部分由查表完成，故采用復開關(guān)表的DPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，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雜度但簡化了風電機組配套的電力濾波器的硬件設(shè)計難度。 （3）對DFIG風電機組交流勵磁變頻器的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器進行了研究，提出了三種可用于電網(wǎng)電壓波動條件下DFIG勵磁變頻器有效控制的恒定開關(guān)頻率的DPC策略。在故障穿越的動態(tài)過程中這三種控制策略可分別實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈、轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩恒定的控制目標，從而分別實現(xiàn)縮短動態(tài)過程的振蕩時間、保護交流勵磁變頻器和抑制機械轉(zhuǎn)矩脈動的控制效果，從不同方面滿足弱電網(wǎng)條

5、件下DFIG風電機組的運行控制的要求。 （4）使用對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風電場內(nèi)DFIG風電機組機端電壓的影響，估算了最嚴重故障條件下發(fā)電機機端正序電壓跌落、負序電壓分量的大小，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)分析了當前變速恒頻．DFIG風電系統(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)計了一種基于二倍頻陷波器的無時延正序分量提

6、取方法。根據(jù)不對稱運行條件下瞬時功率分析改造了本文提出的網(wǎng)側(cè)PWM變換器的復開關(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電機組仿真模型，并對DFIG仿真模型進行了深入探討。對網(wǎng)側(cè)PWM變換器和DFIG風電機組的靜穩(wěn)、動態(tài)特性以及不對稱運行進行了仿真。對一套15kW交流勵磁變速恒頻風力發(fā)電實驗系統(tǒng)進行了