雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)改進直接功率控制策略研究.pdf

1、隨著能源危機的加劇以及環(huán)境問題的凸顯，以風(fēng)力為代表的可再生能源已成為社會重點關(guān)注的對象。基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以其交換器容量小、安全可靠等優(yōu)點目前已成為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主流機型。長期以來矢量控制(VC)都是DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主流控制策略，近年來直接功率控制策略(DPC)以其動態(tài)性能好、控制結(jié)構(gòu)簡單以及在電網(wǎng)電壓不平衡條件下能同時保持有功、無功功率恒定等優(yōu)點受到人們越來越多的關(guān)注。因此，本文針對理想電網(wǎng)電壓

2、以及不平衡的電網(wǎng)電壓，對DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的勵磁用背靠背式雙PWM交換器的基礎(chǔ)理論及控制策略進行了從理論分析到模型仿真，從模型仿真到實驗研究的全方位、深入的研究。
　　 本文將DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器單獨進行研究．首先，給出了理想電網(wǎng)電壓條件下網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器矢量控制的簡單理論分析以及具體實現(xiàn)方法。并簡要介紹了電網(wǎng)電壓的不平衡故障類型及在電網(wǎng)電壓不平衡條件下系統(tǒng)采用直接功率控制策略時的表現(xiàn)。

3、r>　　 其次，在理想電網(wǎng)電壓條件下，分別建立了網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在兩相靜止αβ坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)建模。并在此數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，給出了網(wǎng)側(cè)變換器基于電網(wǎng)虛擬磁鏈定位的基于查詢開關(guān)表的直接功率控制策略(LUT-DPC)的理論分析、開關(guān)表的確定以及具體實現(xiàn)方法，同時給出了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的基于定子磁鏈定位的LUT-DPC，并進行了仿真研究，通過對仿真結(jié)果的分析可得到LUT-DPC開關(guān)頻率不恒定，電流諧波不集中，電流諧波含量較高，有功、無功功率

4、的脈動較大等結(jié)論.隨后針對LUT-DPC的缺點分別對網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器提出了改進的直接功率控制策略。首先，在理想電網(wǎng)條件下，針對網(wǎng)側(cè)變換器本文提出了預(yù)測直接功率控制策略(P-DPC)和滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制策略(SMC-DPC)．文中對P-DPC進行了詳細的理論分析并給出了具體的實現(xiàn)方法，重點對P-DPC的矢量選擇策略以及作用時間處理方法進行了深入研究，而后，對SMC-DPC進行了理論分析，證明了其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗擾動能力，并

5、給出了具體的實現(xiàn)方法，仿真結(jié)果證明了P-DPC和SMC-DPC的正確性和有效性；其次，在理想電網(wǎng)條件下，針對轉(zhuǎn)子側(cè)變換器本文提出了SMC-DPC，對轉(zhuǎn)子側(cè)變換器SMC-DPC進行了理論分析、證明了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及抗擾動能力，仿真研究結(jié)果也證明了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器SMC-DPC方法的正確性和有效性；研究結(jié)果表明了本文中提出的改進直接功率控制策略良好的穩(wěn)態(tài)性能和優(yōu)秀的動態(tài)性能。
　　 雖然直接功率控制策略在電網(wǎng)電壓不平衡條件下依然能夠

6、保持有功、無功功率恒定，但此時的電流畸變嚴重，富含諧波，這在某些場合具有應(yīng)用前景，但是在發(fā)電領(lǐng)域中嚴重的電流諧波會污染電網(wǎng)，這也是電網(wǎng)規(guī)程所不能允許的，因此，本文研究了電網(wǎng)電壓不平衡條件下的改進直接功率控制策略．本文建立了電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在兩相靜止αβ坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型，然后，對電網(wǎng)電壓不平衡條件對直接功率控制的影響進行了詳盡的分析，之后分別針對網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器提出了三個控制目標(biāo)，即獲得正弦、對稱的電網(wǎng)

7、電流（定子電流），獲得恒定的無功功率和獲得恒定的有功功率.然后，經(jīng)過分析得到為完成上述三個控制目標(biāo)所需的功率補償指令，得到了無需提取負序電流的基于給定功率指令補償?shù)母倪M直接功率控制策略；仿真研究證明了該改進直接功率控制策略的正確性和有效性。
　　 最后，本文介紹了一臺3kVA的硬件實驗平臺的設(shè)計，并給出了上述各控制算法的軟件設(shè)計，通過實驗研究驗證了文中所述控制策略的正確性和有效性，并說明本論文所研究的直接功率控制策略在雙饋風(fēng)力發(fā)