雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)無源控制策略研究.pdf

1、近年來，隨著風力發(fā)電的快速發(fā)展，風力發(fā)電系統(tǒng)(Wind turbine generator system，WTGS)運行控制技術的研究也取得了很多成果．但是仍有許多問題有待進一步研究和探討。本文針對雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機勵磁控制和變速變槳控制進行深入研究，在詳細分析了電網對稱和不對稱故障下雙饋感應風力發(fā)電機(Doubly-fed Induction Generator,DFIG)暫態(tài)過程的基礎上，結合無源控制理論(Passivity

2、-based control，PBC)，重點研究了電網對稱及不對稱故障時引起的發(fā)電機定轉子瞬時過電流、負序電流以及電磁轉矩振蕩等問題；在變速變槳控制方面，分別針對現有的最大風能跟蹤方法、傳動扭振及額定風速附近功率優(yōu)化控制進行詳細的分析，并提出相應的改進方案。主要工作如下：
　　1、針對電網電壓對稱跌落故障，提出了一種基于無源控制的DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略。首先通過分析DFIG模型的無源性，設計了狀態(tài)反饋控制器；根據電

3、網電壓跌落故障時DFIG的運行特點，提出一種包含電網電壓變化信息的期望狀態(tài)值求取方法，期望狀態(tài)值隨著電網電壓變化而迅速改變，而所設計的狀態(tài)反饋控制器控制發(fā)電機電流對期望狀態(tài)值進行快速跟蹤。所提出的低電壓穿越控制可以有效的抑制DFIG定、轉子繞組的瞬時過電流，降低其電磁轉矩的波動幅度。
　　2、針對電網電壓不平衡故障時定子及轉子的電流不平衡問題，首先對正轉同步旋轉dq坐標系下DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)正、負序模型的無源性進行了詳細的分析，

4、然后針對正、負序模型分別設計了相應的無源性狀態(tài)反饋控制器；為了抑制定、轉子電流的負序分量，其期望值均設計為零。而電流的正序分量期望值則可通過電磁轉矩給定和定子電壓的正序分量計算得出，期望值計算和反饋控制器組成了整個無源控制系統(tǒng)。仿真結果驗證了所提出的控制策略能有效地抑制定、轉子的負序電流，改善輸出電磁轉矩響應特性。
　　3、常規(guī)矢量控制及改進方案在應對電網電壓小值跌落時都能獲得良好的效果，但當電網電壓出現較為嚴重的跌落時，這些方法

5、顯得無能為力。本文結合勵磁控制策略和硬件裝置，提出了一種DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)定子側串入多抽頭變壓器的低電壓穿越運行方案，根據電網電壓跌落程度檢測，設計多路選擇開關，保證發(fā)電機機側電壓始終維持在小值跌落范圍內，從而提高了電網電壓跌落故障時不問斷運行能力。
　　4、近年來感應電機的無源性控制方法成為了研究的熱點，本文針對現有方法的不足，提出了一種基于無源化方法的DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)功率控制方案。該方案從功率控制的角度考慮，設計了新的狀

6、態(tài)期望值計算方法。根據定子端有、無功功率目標值直接計算出定子電流的期望值，從而實現有功功率和無功功率的獨立控制；然后結合定子電壓方程計算出轉子電流參考值。此計算方法不需給定定子磁鏈，從而避免了給定定子磁鏈不準確而引起定、轉子電流及定子磁鏈跟蹤誤差的問題；設計了定子電流反饋控制器，改善系統(tǒng)無源性的同時也能提高定子電流和定子磁鏈的跟蹤性能。
　　5、針對現有風能跟蹤策略的問題，提出了一種新型跟蹤控制方法，該方法無需進行風速檢測，算法簡

7、單；
　　6、針對DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)傳動鏈欠阻尼而容易出現扭轉振蕩問題，提出了自適應變阻尼、增加扭轉阻尼和自適應變剛度三種增加系統(tǒng)阻尼的方法，有效地提高了系統(tǒng)傳動鏈扭轉振蕩的抑制能力。
　　7、常規(guī)的變速變槳控制方案在額定風速附近可能存在功率波動和功率損失，本文詳細的分析了導致功率波動和功率損失的原因，并提出了一種轉矩改進控制策略。該方法結合查表法和非線性PI控制器，在低風速區(qū)僅啟用查表法以追蹤最優(yōu)功率；額定風速附近及以上