網(wǎng)側(cè)變換器串聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制研究.pdf

1、能源問題在全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，發(fā)展清潔可再生能源成為全球各國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的一大重要途徑，風(fēng)力發(fā)電以其儲(chǔ)量巨大、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)迅速獲得各國的青睞。
　　目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是雙饋型結(jié)構(gòu)和全功率型結(jié)構(gòu)，雙饋型結(jié)構(gòu)的功率控制所需變流器容量約只有額定功率30％~40％，在實(shí)際中得到了更廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變換器采用并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，即以電流源形式與電網(wǎng)交換轉(zhuǎn)差功率，該型系統(tǒng)的一大不足之處就在于電網(wǎng)電

2、壓的適應(yīng)性能力，特別是低電壓穿越能力。這是由于雙饋電機(jī)定子端口與電網(wǎng)直接耦合，電網(wǎng)電壓的跌落促使雙饋電機(jī)進(jìn)入暫態(tài)過程，變流器容量不足情況下，轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生過電壓及過電流，威脅變流器的生存，甚至造成雙饋電機(jī)脫網(wǎng)。國內(nèi)外眾多學(xué)者從多種途徑嘗試提高雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的適應(yīng)能力，網(wǎng)側(cè)變換器串聯(lián)型的各種結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，相應(yīng)控制策略的研究亦隨之而來。
　　本文給出了網(wǎng)側(cè)變換器串聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(Doubly Fed Induction Gen

3、erator Wind Turbine with Series Grid Side Converter,SGSC-WTDFIG)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以此建立了各個(gè)環(huán)節(jié)細(xì)致的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)SGSC-WTDFIG系統(tǒng)各種工況下的穩(wěn)態(tài)功率進(jìn)行了分析，為控制策略的實(shí)施作好準(zhǔn)備。
　　針對(duì)SGSC-WTDFIG系統(tǒng)的控制，本文先分立研究各個(gè)子系統(tǒng)的控制，再進(jìn)行整體運(yùn)行的實(shí)施及改進(jìn)。雙饋電機(jī)的控制，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將串聯(lián)電壓作為擾動(dòng)電壓，雙饋電機(jī)以電流源

4、形式工作，實(shí)現(xiàn)了雙饋電機(jī)電網(wǎng)電壓定向下的矢量控制，并分析了擾動(dòng)電壓的切入切出會(huì)使雙饋電機(jī)進(jìn)入暫態(tài)過程，提出定子電流擾動(dòng)分量前饋策略。網(wǎng)側(cè)變換器的控制，首先是根據(jù)容量設(shè)計(jì)LC濾波器參數(shù)，再對(duì)串聯(lián)交流電壓采用負(fù)載電流擾動(dòng)前饋的雙環(huán)控制策略，并完成其控制器參數(shù)設(shè)計(jì)過程；直流電壓的控制，是網(wǎng)側(cè)變換器的基本目標(biāo)，本文根據(jù)直流環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造了表征轉(zhuǎn)差功率傳遞的等效阻抗，解決了在與雙饋電機(jī)工況對(duì)應(yīng)的負(fù)載工況下直流電壓的穩(wěn)定控制。SGSC-WTD

5、FIG系統(tǒng)整體運(yùn)行中，首先是關(guān)鍵濾波環(huán)節(jié)研究，機(jī)側(cè)定子電流擾動(dòng)分量前饋策略、網(wǎng)側(cè)負(fù)載電流前饋策略和直流電壓控制均需要加入濾波環(huán)節(jié)，鑒于擾動(dòng)分量均為基頻，濾波器采用基于滑窗模式的均值濾波器，提高穩(wěn)態(tài)性能的同時(shí)，也不可避免的降低了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。此外，整體運(yùn)行中，改進(jìn)了網(wǎng)側(cè)變換器的控制，通過無功通道的指令設(shè)定起到補(bǔ)償線路阻抗的作用。大量的仿真結(jié)果論證了以上理論分析的正確性。
　　針對(duì)SGSC-WTDFIG系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓深度跌落的能力