雙饋風(fēng)電機(jī)組直接諧振與無(wú)鎖相環(huán)運(yùn)行控制研究.pdf

1、全球能源發(fā)展的新趨勢(shì)，帶來(lái)了風(fēng)能資源發(fā)電的快速發(fā)展，其中風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展尤為矚目。基于雙饋感應(yīng)電機(jī)(DFIG)的雙饋發(fā)電機(jī)組因其變流器容量小、設(shè)備成本低等優(yōu)勢(shì)，而成為風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型。然而，在非理想電網(wǎng)環(huán)境下，傳統(tǒng)只具備工頻電流處理能力的DFIG機(jī)組，逐漸暴露出運(yùn)行適應(yīng)性不足、輸出電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等諸多技術(shù)局限，難以滿足風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)，不平衡電壓作為常見(jiàn)的非理想電網(wǎng)環(huán)境，對(duì)DFIG機(jī)組造成影響最為普遍、顯著。因此，適用于

2、不平衡電壓環(huán)境的DFIG機(jī)組高性能控制方案，具有十分重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。本文以不平衡電壓下DFIG機(jī)組的主動(dòng)適應(yīng)運(yùn)行、輸出電能質(zhì)量治理技術(shù)需求為契機(jī)，系統(tǒng)深入地研究了DFIG機(jī)組運(yùn)行控制中電流指令配置與跟蹤、電壓同步信號(hào)提取的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并分別從無(wú)相序分離和負(fù)序電流配置的直接諧振控制、無(wú)鎖相環(huán)直接功率控制和無(wú)鎖相環(huán)并網(wǎng)端電流控制三方面給出了應(yīng)對(duì)措施。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出基于直接諧振的矢量控制方案。該方案利用諧振

3、控制器直接對(duì)呈現(xiàn)交直流耦合形式的電流、功率、轉(zhuǎn)矩等電磁信號(hào)構(gòu)造諧振閉環(huán)，以實(shí)施對(duì)其中指定頻率交流信號(hào)的無(wú)靜差閉環(huán)調(diào)節(jié)，消除指令電流配置與電流跟蹤所需的電壓和電流相序分離，并解決了矢量控制對(duì)電壓和電流相序分離的依賴問(wèn)題。進(jìn)而，以直接諧振控制為基礎(chǔ)，研究了不平衡電壓下DFIG機(jī)組的機(jī)側(cè)、網(wǎng)側(cè)變流器基于SOGI直接諧振的獨(dú)立矢量控制和基于ROGI直接諧振的協(xié)同矢量控制，實(shí)現(xiàn)了DFIG機(jī)組雙變流器的獨(dú)立適應(yīng)運(yùn)行與輸出電能質(zhì)量的協(xié)同治理運(yùn)行。⑵提

4、出基于直接諧振和無(wú)鎖相環(huán)的直接功率控制方案。該控制方案基于預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)角頻率的無(wú)鎖相環(huán)技術(shù)，以預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)角頻率ω1=100π rad/s和相位θ1=ω1t為旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)構(gòu)建虛擬同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并利用虛擬同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系替代以鎖相環(huán)為基準(zhǔn)的實(shí)際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，則可避免在控制系統(tǒng)中嵌入鎖相環(huán)，解決了由鎖相環(huán)所引起控制系統(tǒng)低頻振蕩、甚至失穩(wěn)的潛在問(wèn)題。然后，以無(wú)鎖相環(huán)直接功率控制和直接諧振控制為基礎(chǔ)，針對(duì)電網(wǎng)頻率突變與不平衡電壓，在無(wú)需相序分離與提取的前

5、提條件下，實(shí)現(xiàn)DFIG機(jī)組暫態(tài)磁鏈的衰減與負(fù)序電流的控制，并主動(dòng)治理DFIG機(jī)組輸出電能質(zhì)量。⑶提出基于直接諧振和無(wú)鎖相環(huán)的并網(wǎng)端電流控制方案。該控制方案基于瞬時(shí)功率理論，可在無(wú)需電機(jī)參數(shù)的前提條件下完成指令電流配置，然后在虛擬同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中構(gòu)造雙饋發(fā)電機(jī)和網(wǎng)側(cè)變流器的并網(wǎng)輸出端電流控制閉環(huán)，解決了電流閉環(huán)控制對(duì)電機(jī)參數(shù)高度依賴的技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其并網(wǎng)輸出電流的精確控制。其次，以無(wú)鎖相環(huán)并網(wǎng)端電流控制方案為基礎(chǔ)，提出了一種無(wú)參數(shù)依賴