雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中雙變流器優(yōu)化聯(lián)合控制.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，風(fēng)力發(fā)電作為當(dāng)今規(guī)?；_(kāi)發(fā)程度最高和最具商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源，已經(jīng)越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注和重視，近年來(lái)得到了大力發(fā)展，其中基于變速恒頻的雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)因其顯著的優(yōu)勢(shì)成為風(fēng)電領(lǐng)域的主流和研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在理想電網(wǎng)和不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)條件下的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化控制尤其是雙變流器的聯(lián)合控制策略等方面進(jìn)行了細(xì)致、深入的探討，主要內(nèi)容包括：
　　 1.推導(dǎo)出三相電壓源型PWM變流器在三相靜止坐

2、標(biāo)系和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其穩(wěn)態(tài)特性以及各象限運(yùn)行區(qū)域內(nèi)橋臂輸出電壓相量進(jìn)行了詳細(xì)的分析、比較，并計(jì)算出變流器直流側(cè)電容電壓的設(shè)定下限值，為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)選取和變流器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。提出了同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中PWM變流器的典型雙環(huán)控制策略，為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
　　 2.對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)在不同勵(lì)磁電流組合方式下的性能以及所需雙變流器的容量等

3、方面進(jìn)行了比較分析，對(duì)如何合理利用雙變流器的容量和充分發(fā)揮其調(diào)控能力進(jìn)行了深入研究，基于雙饋發(fā)電機(jī)的等效電路分析了DFIG在理想電網(wǎng)條件下的功率特性，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合DFIG的損耗特性，提出了雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)新型的無(wú)功優(yōu)化控制策略。該控制策略使部分勵(lì)磁控制從轉(zhuǎn)子側(cè)變流器轉(zhuǎn)移到網(wǎng)側(cè)變流器，而且使得網(wǎng)側(cè)變流器與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器容量相同，給工程實(shí)施帶來(lái)了一系列的便利，如減少了工程備品備件的種類(lèi)，充分利用了雙變流器的無(wú)功容量，提高了利用率和運(yùn)行效率

4、等，具有重要的實(shí)際意義。
　　 3.推導(dǎo)出電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)故障和不對(duì)稱(chēng)故障條件下雙饋發(fā)電機(jī)定子磁鏈在正、反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，分析了電網(wǎng)故障時(shí)DFIG的動(dòng)態(tài)特性，并給出DFIG定子磁鏈在對(duì)稱(chēng)及不對(duì)稱(chēng)電壓故障情況下的完整解析表達(dá)式。通過(guò)對(duì)持續(xù)時(shí)間分別為50ms和100ms的兩種電壓故障的仿真對(duì)比分析，指出電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)故障時(shí)磁鏈會(huì)以工頻振蕩，而不對(duì)稱(chēng)故障條件下磁鏈則以?xún)杀豆ゎl振蕩，且在持續(xù)時(shí)間為奇數(shù)倍工頻半周期的故障情況下，電

5、網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)磁鏈振蕩的幅度是電壓跌落時(shí)幅值的兩倍。分別對(duì)各種典型故障情況進(jìn)行了仿真，結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　 4.建立了電網(wǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)情況下包括轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在正、反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的完整數(shù)學(xué)模型，并分別推導(dǎo)出定子側(cè)和網(wǎng)側(cè)瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率的二倍頻成分，為雙變流器的不對(duì)稱(chēng)控制策略的研究提供了理論基礎(chǔ)。針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)時(shí)雙饋系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，基于轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器分別提出了四種不同

6、的控制策略，并推導(dǎo)出各種控制方案下轉(zhuǎn)子電流和網(wǎng)側(cè)電流負(fù)序分量指令值的計(jì)算方法。
　　 5.詳細(xì)探討了電網(wǎng)小數(shù)值電壓故障情況下雙饋系統(tǒng)的穿越控制技術(shù)。指出在電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，可充分發(fā)揮并利用雙饋發(fā)電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器的快速無(wú)功調(diào)節(jié)能力，使對(duì)故障期間接入端電壓提供支撐，從而削弱故障時(shí)機(jī)端電壓下降的幅度，有助于故障后電網(wǎng)的迅速恢復(fù)；在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，提出了不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)故障條件下基于雙坐標(biāo)變換的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器