基于CSC永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)協(xié)調控制方法與策略研究.pdf

1、永磁直驅式風力發(fā)電系統(tǒng)具有結構簡單、發(fā)電效率高、運行可靠性高及維護成本低等優(yōu)點，是目前風力發(fā)電技術領域的一個重要研究方向。本文針對基于電流源型變流器(CSC)永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)，鑒于電流源型交流器與電壓源型變流器自身存在的差別，從提高系統(tǒng)運行效率及可靠性角度出發(fā)，針對運行電流優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調控制方案、低電壓穿越協(xié)調控制策略及并網控制策略等方面展開研究，本文主要研究工作及創(chuàng)新點概括如下:
　　 深入調研了全球風電產業(yè)歷史與現(xiàn)狀、風力

2、發(fā)電技術發(fā)展歷史與現(xiàn)狀以及直驅式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，指出了圍繞基于CSC永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)研究的幾個關鍵點。針對本文研究所關注重點，建立了基于電流源型變流器永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)各主要部件數(shù)學模型。對電流型變流器SVPWM調制算法進行了詳細研究，給出了一種易于數(shù)字實現(xiàn)的扇區(qū)判斷方法及矢量作用時間計算方法，對幾種主要SVPWM調制方法進行了仿真分析。
　　 提出了一種全工況運行電流最優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調控制策略。根據電流源型變流器直

3、流鏈對外呈電流源特性，深入研究了不同風速條件下發(fā)電機定子電流及并網電流變化規(guī)律，分別推導了滿足機側控制要求的最小直流電流，以及滿足網側控制要求的最小直流電流計算公式，找出了變流器可正常運行的最小直流電流邊界條件。同時結合對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的研究，提出了一種全工況下運行電流最優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調控制策略，使系統(tǒng)在不同運行工況下均保持最佳電流大小運行。基于該控制策略，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下建立了相應的系統(tǒng)仿真模型，仿真結果驗證了所

4、提電流優(yōu)化協(xié)調控制方案的正確性和有效性。
　　 針對目前由于電網電壓含有大量諧波易影響并網電能質量情況，提出了一種電流內環(huán)變結構電網電壓矢量定向并網控制策略。深入比較研究了幾種常規(guī)并網控制策略，著重剖析了一般電網電壓矢量定向并網控制對諧波電流難以有效抑制的根本原因，提出了一種電流內環(huán)變結構的解決方案。通過在電流環(huán)增加諧振控制器方式，實現(xiàn)對諧波分量幾乎無差控制。證明了該控制方法既可確保對基波良好控制性能，又可對諧波進行很好地抑制。

5、對該控制器參數(shù)進行了設計，給出了詳細的設計過程。仿真結果驗證了該控制策略的正確性和有效性。
　　 提出了一套基于發(fā)電機功率輸出控制的模式切換低電壓穿越系統(tǒng)協(xié)調控制策略。重點比較分析了幾種直驅風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方案，基于限制發(fā)電機功率輸出實現(xiàn)低電壓穿越控制思想，推導了發(fā)電機轉速上升率與電網電壓跌落深度之間關系表達式，提出了一種依據電網電壓跌落深度進行并網有功參考電流和無功參考電流再分配的控制算法。結合機側整流器對發(fā)電機轉速控制

6、，提出了一套通過監(jiān)控電網電壓實現(xiàn)交流器工作模式靈活切換的低電壓穿越協(xié)調控制方案。通過實時監(jiān)控電網狀態(tài)，動態(tài)切換變流器控制系統(tǒng)中的直流電流控制環(huán)及轉速控制環(huán)，確保系統(tǒng)在電網正常時僅向電網注入有功功率，而在電網出現(xiàn)跌落故障時切換至靜止同步無功補償模式，根據電網電壓跌落深度向電網提供相應無功支持?；谠撃Ｊ角袚Q控制策略建立了系統(tǒng)仿真模型，仿真結果驗證了所提控制方案的正確性和有效性。
　　 基于對永磁直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的理論和仿真研究，在