感應電機風電機組全功率變流器控制和優(yōu)化.pdf

1、隨著日益加劇的環(huán)境污染和能源短缺問題，風能作為最有發(fā)展空間的可再生潔凈能源之一，近年來在全球范圍內(nèi)得到廣泛開發(fā)，從而帶動了風力發(fā)電技術的快速發(fā)展與不斷創(chuàng)新。在風力發(fā)電機組中，基于鼠籠感應發(fā)電機的全功率型變流器風電機組以其結構簡單、可靠性高、維護成本低等優(yōu)點得到廣泛應用，尤其在海上風電領域已成為普遍采用的一類機型。針對鼠籠感應電機風電機組全功率變流器，傳統(tǒng)控制策略存在穩(wěn)定性、控制性能、效率與可靠性方面的明顯不足。因此，進一步優(yōu)化全功率變流

2、器性能，提高機組控制性能、效率與可靠性具有重要意義。本文分別從以下幾個方面討論該類型機組的控制與優(yōu)化問題。
　　1.對于采用LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)變流器，為改善控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能并提高控制器應對參數(shù)變動以及外部擾動的魯棒性，提出了一種基于滑模技術的網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)設計方案。文章通過建立網(wǎng)側(cè)電流多階誤差方程，在此基礎上設計了電流滑模控制器;并提出用PI調(diào)節(jié)器直流母線電壓外環(huán)與滑模電流內(nèi)環(huán)的級聯(lián)式控制結構，由此設計了采用LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)

3、變流器控制系統(tǒng)。仿真與實驗結果驗證了滑模控制器能達到控制要求并具有很好的魯棒性。
　　2.對于機側(cè)變流器，為提高控制性能、增加可靠性并降低硬件成本，對感應發(fā)電機無速度傳感器的觀測技術進行研究，提出一種基于離散輸入的閉環(huán)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的設計方案，給出一組用線性矩陣不等式描述的約束條件以保證觀測誤差漸近穩(wěn)定;基于模型參考自適應方法研究發(fā)電機轉(zhuǎn)速估計的工程實現(xiàn)方案。詳細探討了觀測器設計中直流偏置的抑制方法。仿真與實驗結果驗證了磁鏈觀測器

4、設計以及無速度傳感器控制實現(xiàn)方案的有效性。
　　3.為提高直流母線電壓動態(tài)響應速度，減少母線電容容量，研究了直流母線電壓波動抑制的優(yōu)化控制方案。建立了機組整體歐拉-拉格朗日模型，以無源性控制理論為基礎，設計了機側(cè)、網(wǎng)側(cè)變流器聯(lián)合控制器，并通過對系統(tǒng)平衡點的優(yōu)化配置改善系統(tǒng)動態(tài)性能。針對實際應用中由于模型參數(shù)不確定導致無源性控制性能下降的問題，提出具有L2增益抑制的無源性控制器參數(shù)設計方法。分析機組快速性能的約束條件，提出采用功率斜

5、率控制方法進一步優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)性能。仿真與實驗結果驗證了所提出控制方法的有效性。
　　4.為提高機組發(fā)電效率、降低系統(tǒng)損耗，提出一種基于系統(tǒng)損耗模型的節(jié)能優(yōu)化控制方案。同時考慮含鐵芯損耗的感應發(fā)電機損耗模型以及功率變流器的損耗模型，在不同風速下，建立發(fā)電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的最優(yōu)工作點，將其應用到機側(cè)變流器的矢量控制中;并對不同風速時機組采用節(jié)能算法下的損耗情況與優(yōu)化效果進行了分析。實驗結果驗證了理論方法正確性。
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