新型永磁雙饋發(fā)電機及其控制策略研究.pdf

1、隨著風電機組容量的擴大和并網(wǎng)要求的不斷提高，能源和環(huán)保成為關(guān)系到全球可持續(xù)發(fā)展的重大問題，能源的高效利用和可再生能源的開發(fā)變得尤為重要。風力發(fā)電是目前既節(jié)能又環(huán)保的一項可再生能源利用技術(shù)。然而隨著風電裝機容量不斷增加，風力發(fā)電在整個電力系統(tǒng)中所占比重越來越大，風電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的相互影響也越來越明顯。由于風力發(fā)電系統(tǒng)大多分布在地形復雜、氣候條件多變的偏遠地區(qū)，并網(wǎng)的距離較遠，且線路較長，因而電壓波動也較大。此外，風速的隨機性導致風力發(fā)電

2、系統(tǒng)在電網(wǎng)故障發(fā)生時更容易產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。為了解決這些問題，在實際的并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)中就必須要求并網(wǎng)風力發(fā)電機組具備故障情況下低電壓穿越能力，控制策略必須保證系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時能夠不間斷運行，防止風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生脫網(wǎng)，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
　　雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機的相關(guān)研究很多，但主要集中在電機的控制策略的研究上，在電機本體的結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新和發(fā)展是比較困難的，如果從這方面入手，改善雙饋發(fā)電機的運行性能，具有重要意義。本文主要以現(xiàn)有雙

3、饋型風力發(fā)電機的研究為基礎(chǔ)，從雙饋風力發(fā)電機本體結(jié)構(gòu)和控制策略兩方面同時入手，對傳統(tǒng)的雙饋風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新，提出了一種新型永磁雙饋風力發(fā)電機。以電機的瞬態(tài)數(shù)學模型為基礎(chǔ)，全面、深入地研究了該新型電機的結(jié)構(gòu)、控制策略和動態(tài)性能。針對新型雙饋發(fā)電機本身的結(jié)構(gòu)特點，提出了相應(yīng)的并網(wǎng)控制策略。
　　論文的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:
　　1、在分析永磁感應(yīng)電機結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，提出了新型永磁雙饋發(fā)電機(permane

4、nt magnet doubly fed induction generator，PMDFIG)。首先進行了二維有限元電磁場仿真研究。建立了永磁雙饋發(fā)電機三相靜止坐標系和任意坐標系下的數(shù)學模型，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的永磁雙饋電機的數(shù)學模型。建立了網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學模型，建立了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器傳統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制策略，從而為故障情況下永磁雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略的有效實施提供了理論基礎(chǔ)。穩(wěn)態(tài)并網(wǎng)運行仿真分析驗證了所建立的PM

5、DFIG本體數(shù)學模型的正確性，并證明了在電網(wǎng)正常運行情況下PMDFIG風力發(fā)電系統(tǒng)比傳統(tǒng)雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行的優(yōu)越性。
　　2、研究了電網(wǎng)電壓驟降故障下永磁雙饋發(fā)電機系統(tǒng)性能、動態(tài)建模與不間斷運行能力的控制設(shè)計，主要包括:分析了PMDFIG在電壓驟降情況下風力發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)過渡過程，采用計及定子勵磁電流變化的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制策略，采用加入負載電流前饋補償和電網(wǎng)電壓前饋控制雙閉環(huán)的網(wǎng)側(cè)變換器控制策略。建立了該發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)控制仿

6、真模型。動態(tài)仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)雙饋發(fā)電機相比，電壓驟降情況下PMDFIG系統(tǒng)能減小電網(wǎng)擾動過渡過程中發(fā)電機定轉(zhuǎn)子過電流，從而降低對電網(wǎng)的沖擊。仿真結(jié)果驗證了所提出的計及定子勵磁電流變化的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制策略比傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略在電網(wǎng)電壓小幅跌落時的有效性。
　　3、當電網(wǎng)電壓不平衡比較嚴重且發(fā)電機未采取相應(yīng)的控制措施時，發(fā)電機將不得不與電網(wǎng)解列，這將影響電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。因此在產(chǎn)生電壓不平衡故障時，維持永磁雙饋風力發(fā)電機與電網(wǎng)的

7、穩(wěn)定性是非常必要的。本文從不平衡故障下的電機數(shù)學模型出發(fā)，利用正負序分量分解法，推導了永磁雙饋風力發(fā)電機在電壓不平衡故障狀態(tài)下的功率和轉(zhuǎn)矩方程，根據(jù)永磁雙饋發(fā)電機電網(wǎng)不平衡故障狀態(tài)下的控制目標，通過仿真驗證控制策略的有效性。
　　4、為了提高電網(wǎng)電壓嚴重跌落故障下雙饋發(fā)電機的低壓穿越性能，研究了新型永磁雙饋發(fā)電機新型的低電壓穿越控制策略。首先研究了PMDFIG的傳統(tǒng)Crowbar控制方式，分析了影響Crowbar控制電路的參數(shù)，確