基于儲(chǔ)能的雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并脫網(wǎng)及功率控制.pdf

1、基于儲(chǔ)能的雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式：獨(dú)立運(yùn)行模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式。由于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)側(cè)變換器與負(fù)載側(cè)變換器是解耦運(yùn)行，因此，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并脫網(wǎng)雙模式運(yùn)行是通過(guò)負(fù)載側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)。為了最大限度的使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組捕獲風(fēng)能，機(jī)側(cè)變換器在額定轉(zhuǎn)速以下采用最大功率點(diǎn)追蹤(maximum power point tracking，MPPT)控制，從而提高機(jī)組的發(fā)電效率和增加機(jī)組的年發(fā)電量。為了保證全功率變換器的穩(wěn)定運(yùn)行，必須通過(guò)儲(chǔ)能

2、系統(tǒng)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓支撐。針對(duì)基于儲(chǔ)能的雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，本文從機(jī)側(cè)MPPT控制實(shí)現(xiàn)、負(fù)載側(cè)雙模式運(yùn)行控制和儲(chǔ)能系統(tǒng)功率控制等方面開(kāi)展了研究，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)目前，MPPT控制研究重點(diǎn)是有功功率參考值算法的改進(jìn)，但是對(duì)于基于功率信號(hào)反饋法(power signal feedback，PSF)的MPPT控制，如何獲取功率反饋信號(hào)也是實(shí)現(xiàn)MPPT控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)基于PSF的MPPT控制，對(duì)風(fēng)能跟蹤性

3、能影響較大的是轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度、功率反饋信號(hào)的誤差和環(huán)路控制器參數(shù)性能。首先，通過(guò)對(duì)電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)的控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。其次，對(duì)于基于PSF的MPPT控制，采用基于機(jī)側(cè)虛擬功率反饋信號(hào)的MPPT實(shí)現(xiàn)方法，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和性能，同時(shí)減小系統(tǒng)的硬件成本和維護(hù)成本。最后，針對(duì)基于反電動(dòng)勢(shì)滑模觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置估算方法，提出了一種基于自適應(yīng)滑模觀測(cè)器的無(wú)位置傳感器控制方法。該方法從兩方面進(jìn)行改進(jìn)，一方面引

4、入自適應(yīng)廣義二階積分器代替常用的低通濾波器，使得相位誤差快速收斂于零，提高了系統(tǒng)的跟蹤性能。另一方面，引入sigmoid函數(shù)，綜合考慮系統(tǒng)的快速性和抗抖振性。
　　(2)隨著中點(diǎn)箝位型三電平變換器被廣泛應(yīng)用到直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，能否保證直流母線中點(diǎn)電位(neutral-point potential，NPP)平衡對(duì)系統(tǒng)有至關(guān)重要的影響。以網(wǎng)側(cè)NPC三電平變換器為研究對(duì)象，提出了一種基于零序電壓疊加的中點(diǎn)電位控制方法，即將均壓環(huán)輸出的

5、零序電壓疊加到調(diào)制電壓上，并采用一種基于最大開(kāi)環(huán)剪切頻率設(shè)計(jì)控制器參數(shù)的方法。該中點(diǎn)電位控制方法的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算方法簡(jiǎn)單，有效抑制NPP交直流波動(dòng)，正負(fù)直流母線電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，直流電壓利用率高。
　　(3)基于儲(chǔ)能的雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵是電力電子接口逆變器。針對(duì)雙模式逆變器，本文提出了一種基于改進(jìn)下垂控制的并脫網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)一控制策略，獨(dú)立運(yùn)行時(shí)可保證逆變器的工作頻率固定為額定頻率，同時(shí)減少了線路阻

6、抗對(duì)逆變器無(wú)功控制性能的影響，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可保證逆變器輸出有功和無(wú)功功率均處于可控狀態(tài)，且不受電網(wǎng)頻率波動(dòng)的影響。其次，實(shí)現(xiàn)逆變器并脫網(wǎng)平滑切換的關(guān)鍵是公共耦合點(diǎn)電壓與電網(wǎng)電壓的同步。并網(wǎng)同步包含頻率同步、相位同步和幅值同步，對(duì)于采用傳統(tǒng)下垂控制的雙模式逆變器，如何實(shí)現(xiàn)頻率和相位的同時(shí)同步是主動(dòng)同步控制的難點(diǎn)。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了一種基于頻率恢復(fù)控制的主動(dòng)同步控制方法，使逆變器獨(dú)立運(yùn)行時(shí)工作頻率固定為額定頻率，從而可以只通過(guò)相位偏差的調(diào)

7、節(jié)實(shí)現(xiàn)頻率和相位的同時(shí)控制。該同步控制方法簡(jiǎn)單，同時(shí)避免了采用V/f-PQ控制時(shí)運(yùn)行模式切換容易引起系統(tǒng)震蕩的問(wèn)題，即該方法綜合了V/f-PQ控制和傳統(tǒng)下垂控制的優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電雙模式運(yùn)行和平滑切換奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)為了保證雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)功率平衡，必須配備能量密度大的儲(chǔ)能系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，必須配備功率密度大的儲(chǔ)能系統(tǒng)。為了優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合性能，本文采用蓄電池-超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。針對(duì)基于

8、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，本文研究了一種可行的綜合控制策略，在保證系統(tǒng)獨(dú)立并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)功率平衡的同時(shí)，平滑了輸出功率并有效地抑制直流電壓的波動(dòng)。風(fēng)速的不確定性和獨(dú)立運(yùn)行時(shí)逆變器負(fù)載突變，都會(huì)引起差值功率pdev的突變，從而導(dǎo)致直流電壓的波動(dòng)，因此，要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具有良好的抗擾性能。本文通過(guò)建立混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制模型，詳細(xì)分析了直流電壓外環(huán)的剪切頻率fcv和高通濾波器截止頻率ω0對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和超級(jí)電容容量的