變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)改進(jìn)直接功率控制策略.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的加劇,以風(fēng)為代表的可再生能源已成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)因其變頻器容量小、安全可靠的優(yōu)勢(shì),已成為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的主流機(jī)型。長(zhǎng)期以來(lái)矢量控制(VC)一直是商業(yè)化雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要控制策略,但近年來(lái)直接功率控制策略(DPC)因其良好的動(dòng)態(tài)性能,控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并能在電網(wǎng)電壓不平衡的條件下都能保持有功功率和無(wú)功功率恒定的優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多的關(guān)注。因此,本文對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中背靠背式雙P

2、WM變換器的基礎(chǔ)理論及控制策略進(jìn)行了理論分析、模型仿真以及運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的深入研究。
　　 本文將雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)劃分為網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器單獨(dú)進(jìn)行研究。首先,在理想電網(wǎng)電壓條件下對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的矢量控制做了簡(jiǎn)單的理論分析和具體實(shí)現(xiàn)方法研究。并簡(jiǎn)單介紹了電網(wǎng)電壓不平衡故障的類型及在電網(wǎng)電壓不平衡條件下系統(tǒng)采用直接功率控制策略時(shí)的表現(xiàn)。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)

3、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)虛擬磁鏈定向的基于查詢開關(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(shí)現(xiàn)方法,同時(shí)給出了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的基于定子磁鏈定向的LUT-DPC。通過(guò)對(duì)仿真研究結(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(wú)功功率的脈動(dòng)較大等結(jié)論。
　　 針對(duì)LUT-DPC的缺點(diǎn)。隨后分別對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器提出了改進(jìn)的直接功

4、率控制策略。首先,在理想電網(wǎng)條件下,針對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器本文提出了基于離散空間矢量調(diào)制的直接功率控制策略(DSVM-DPC)和基于有效開關(guān)時(shí)段的直接功率控制策略(ET-DPC)。文中對(duì)DSVM-DPC進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析并討論了具體實(shí)現(xiàn)方法,重點(diǎn)對(duì)離散空間矢量調(diào)制原理及DSVM-DPC的矢量選擇策略進(jìn)行了深入研究；文中也介紹了基于有效開關(guān)時(shí)段的PWM調(diào)制方式,分析了ET-DPC的理論,證明了其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并給出了具體的實(shí)現(xiàn)方法,仿真研究

5、結(jié)果證明了在網(wǎng)側(cè)變換器中應(yīng)用DSVM-DPC和ET-DPC的正確性和有效性。其次,在理想電網(wǎng)條件下,針對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器提出了預(yù)測(cè)直接功率控制(P-DPC)和基于有效開關(guān)時(shí)段的直接功率控制(ET-DPC),重點(diǎn)對(duì)P-DPC的原理及作用時(shí)間處理方法進(jìn)行了深入研究,也對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器ET-DPC進(jìn)行了理論分析,證明了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及抗擾動(dòng)能力,仿真研究結(jié)果也證明了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器P.DPC和ET-DPC方法的正確性和有效性。研究結(jié)果表明了本文中提

6、出的改進(jìn)直接功率控制策略良好的穩(wěn)態(tài)性能和優(yōu)秀的動(dòng)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保持有功、無(wú)功功率恒定,但此時(shí)的電流畸變嚴(yán)重,富含諧波,這在某些場(chǎng)合具有應(yīng)用前景,但是在發(fā)電領(lǐng)域中嚴(yán)重的電流諧波會(huì)污染電網(wǎng),這也是電網(wǎng)規(guī)程所不能允許的,因此,本文針對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器研究了電網(wǎng)電壓不平衡條件下的改進(jìn)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)變換器在兩相靜止αβ坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型,之后分別針對(duì)網(wǎng)側(cè)變換

7、器提出了三個(gè)控制目標(biāo),即獲得正弦、對(duì)稱的電網(wǎng)電流,獲得恒定的無(wú)功功率和獲得恒定的有功功率。然后,經(jīng)過(guò)分析得到為完成上述三個(gè)控制目標(biāo)所需的功率補(bǔ)償指令,得到了基于給定功率指令補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)直接功率控制策略；仿真研究證明了該改進(jìn)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(tái)3kVA的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì),并給出了網(wǎng)側(cè)變換器各控制算法的軟件設(shè)計(jì),通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了本文提出的網(wǎng)側(cè)變換器控制策略的正確性和有效性,為本論文所研究的