雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電網(wǎng)故障穿越(不間斷)運(yùn)行研究——基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的日益擴(kuò)大和并網(wǎng)規(guī)范要求的不斷提高，促使目前國(guó)際風(fēng)電技術(shù)的主要研發(fā)動(dòng)向是從正常電網(wǎng)條件下風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行轉(zhuǎn)向電網(wǎng)故障下的穿越運(yùn)行，其中最為矚目的研究?jī)?nèi)容是：適應(yīng)電網(wǎng)故障下運(yùn)行的基于雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)風(fēng)電機(jī)組的控制模型和控制策略；電網(wǎng)故障對(duì)DFIG風(fēng)電機(jī)組影響和保護(hù)對(duì)策；電網(wǎng)故障下DFIG風(fēng)電機(jī)組的不-斷運(yùn)行控制策略。更為重要的是目前的故障運(yùn)行研究已從對(duì)稱故障向不對(duì)稱故障范疇延伸，這正是風(fēng)電領(lǐng)域需要努力工

2、作、做出創(chuàng)新貢獻(xiàn)且具有挑戰(zhàn)性的新研究方向。
　　 本文以與大電網(wǎng)或與分布式輸電系統(tǒng)相聯(lián)的DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱DFIG風(fēng)電機(jī)組)在外部電網(wǎng)對(duì)稱、不對(duì)稱故障下的不間斷運(yùn)行(穿越運(yùn)行)與控制為主題，從理論分析、運(yùn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面全方位地進(jìn)行了全面、深入、細(xì)致的研究，獲得了一些同步甚至超前于國(guó)際風(fēng)電技術(shù)先進(jìn)水平的重要結(jié)論與自主創(chuàng)新研究成果。
　　 1.建立了三相定子靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

3、中表達(dá)的DFIG勵(lì)磁用網(wǎng)側(cè)PWM變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器的精確數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了兩相同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中包括電網(wǎng)狀態(tài)、DFIG發(fā)電機(jī)及網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器在內(nèi)的完整風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)模型，分析了該系統(tǒng)的瞬時(shí)有功、無(wú)功功率成分。隨后，針對(duì)網(wǎng)側(cè)PWM變換器引入了基于電網(wǎng)電壓定向的直流環(huán)節(jié)電壓、電流雙閉環(huán)矢量控制策略，針對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器建立了兩相同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中計(jì)及定子電壓變化、勵(lì)磁電流過(guò)渡過(guò)程的DFIG精確控制模型，進(jìn)一步又

4、提出了分別基于定子電壓定向、定子磁鏈定向的兩種改進(jìn)矢量控制方案，奠定了DFIG風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行分析和電網(wǎng)電壓驟降(跌落)故障下實(shí)施有效控制的理論基礎(chǔ)。仿真分析驗(yàn)證了所建立的DFIG本體精確模型和改進(jìn)的兩種DFIG風(fēng)電機(jī)組矢量控制策略在較小值電網(wǎng)電壓驟降故障下實(shí)施控制的有效性。
　　 2.重點(diǎn)研究了不平衡電網(wǎng)電壓條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能評(píng)估、動(dòng)態(tài)建模與增強(qiáng)不間斷運(yùn)行能力的控制對(duì)策設(shè)計(jì)，包括：評(píng)估了電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)所包含的負(fù)序電

5、壓對(duì)DFIG勵(lì)磁用網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器運(yùn)行影響；采用對(duì)稱分量法建立了不平衡電網(wǎng)電壓條件下包括DFIG發(fā)電機(jī)、網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在內(nèi)的完整風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)正、負(fù)序dq軸模型；針對(duì)DFIG網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器分別提出了不平衡電網(wǎng)電壓條件下的增強(qiáng)運(yùn)行能力控制對(duì)策及相應(yīng)的有功、無(wú)功功率與正、負(fù)序電流指令算法。
　　 3.基于不平衡電網(wǎng)電壓條件下包括網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在內(nèi)的正、負(fù)序分量形式DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)組完整數(shù)學(xué)模型，提出、討論、驗(yàn)證、評(píng)估

6、了適合于不平衡電網(wǎng)電壓條件下DFIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁用網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的四種不同正、負(fù)序電流控制方案，即正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的雙d-q、PI控制、正、反轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的主、輔電流控制、兩相靜止坐標(biāo)系中及正轉(zhuǎn)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的比例-諧振(PR)控制和比例-積分-諧振(PI-R)控制方案，以此實(shí)現(xiàn)了所提出的電網(wǎng)電壓不平衡條件下網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器增強(qiáng)運(yùn)行能力控制的各個(gè)目標(biāo)。翔實(shí)的仿真和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各種電流控制方案在不平衡電網(wǎng)

7、電壓條件下的優(yōu)良控制性能。
　　 4.研究了嚴(yán)重對(duì)稱電壓驟降(跌落)時(shí)DFIG風(fēng)電機(jī)組的控制策略和保護(hù)方案，優(yōu)化了轉(zhuǎn)子crowbar的投/切時(shí)刻，分析了轉(zhuǎn)子crowbar所用串聯(lián)耗能電阻大小對(duì)交流電網(wǎng)恢復(fù)的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了一種采用串聯(lián)電阻的crowbar和改進(jìn)網(wǎng)側(cè)變換器控制的低電壓穿越運(yùn)行方案；基于不對(duì)稱電網(wǎng)故障時(shí)DFIG風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性，分析了大值不對(duì)稱故障下勵(lì)磁變頻器中網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器容量對(duì)兩者協(xié)同控制的影響，據(jù)此

8、提出了一種計(jì)及有限勵(lì)磁變頻器容量的改進(jìn)DFIG不對(duì)稱電網(wǎng)故障穿越運(yùn)行控制新策略，仿真結(jié)果驗(yàn)證了其有效性。
　　 5.為了驗(yàn)證電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組增強(qiáng)運(yùn)行能力控制策略的有效性和實(shí)用性，獲得有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng)新性關(guān)鍵風(fēng)電技術(shù)成果，設(shè)計(jì)和研制了一臺(tái)基于雙PWM變換器(網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)PWM變換器)的變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡條件下DFIG風(fēng)電機(jī)組網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器不同增強(qiáng)控制目標(biāo)、不同正、負(fù)序電流控