并網(wǎng)型雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)多重控制的研究.pdf

1、風(fēng)能作為發(fā)展最為迅速的可再生能源之一，其發(fā)展得到了來(lái)自政府等各方面的支持。因此，近年來(lái)由于風(fēng)能改善和轉(zhuǎn)換技術(shù)的提高推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。風(fēng)電比例的不斷提高使得風(fēng)電逐漸成為電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，也使得對(duì)與風(fēng)電相關(guān)的問(wèn)題以及風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)的交互影響的研究顯得尤為必要。
　　本文主要研究并網(wǎng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的多重控制，考慮了穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)情況下的電壓控制和頻率調(diào)節(jié)控制，同時(shí)分析了次同步諧振(SSR)現(xiàn)象和次同步振蕩(SSO

2、)現(xiàn)象和抑制策略。并網(wǎng)風(fēng)機(jī)模型包括了風(fēng)速、空氣動(dòng)力學(xué)以及詳細(xì)的機(jī)械模型。模型中的電氣部分則包括了含背靠背變換器的DFIG、變壓器以及含串連補(bǔ)償?shù)妮旊娋€。兩類(lèi)FACTS裝置——靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)和控制串聯(lián)電容器(GCSC)----在本文研究中分別用來(lái)提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性和抑制風(fēng)電SSR現(xiàn)象。基于PSCAD/EMTDC下自定義模型組件構(gòu)建風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)、軸系和控制系統(tǒng)模型。不同的算例分析中采用特定的DFIG控制策略?？刂品椒紤]了眾多

3、直接影響DFIG運(yùn)行的電力系統(tǒng)參數(shù)。所有參數(shù)都包含在了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(RSC)和電網(wǎng)側(cè)變換器(GSC)的方程，通過(guò)調(diào)節(jié)這些參數(shù)進(jìn)行電壓控制并提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電壓控制的目的是消除DFIG并網(wǎng)母線和電力系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)。本文所用的主要控制方式為由矢量電壓控制改進(jìn)的電壓定向控制(VOC)，該方法可以防止電壓漂移的出現(xiàn)。通過(guò)算例分析，針對(duì)恒定風(fēng)速和變化風(fēng)速，在系統(tǒng)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)變化的兩種運(yùn)行狀態(tài)下驗(yàn)證了該控制方法的合理性，研究還發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)于參

4、數(shù)變化具有更好的魯棒性。
　　本研究將電磁轉(zhuǎn)矩作為GSC控制中的主要參數(shù)在風(fēng)速變化情況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)電壓控制。用于電網(wǎng)側(cè)變換器控制的參數(shù)為電磁轉(zhuǎn)矩和直流環(huán)節(jié)電壓，然而在轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的參數(shù)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和無(wú)功功率。GSC和RSC兩者均使用含兩級(jí)脈寬調(diào)制的IGBT背對(duì)背變換器。結(jié)果顯示該控制方法無(wú)論是動(dòng)態(tài)還是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中均可在變風(fēng)速情況下應(yīng)用于DFIG。當(dāng)前大規(guī)模DFIG并網(wǎng)下，電網(wǎng)面臨著頻率穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，這主要是因?yàn)镈FIG轉(zhuǎn)子是由背對(duì)背變換器

5、與電網(wǎng)連接，從而使得DFIG輸出的有功功率與頻率解耦，DFIG不對(duì)系統(tǒng)頻率變化做出響應(yīng)。另一個(gè)原因是DFIG一般運(yùn)行在最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)模式下，因而輸出功率不能高于最大功率水平。因此，文中在轉(zhuǎn)子側(cè)和定子側(cè)設(shè)計(jì)了考慮頻率問(wèn)題的轉(zhuǎn)換器充分模型以進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)控制(FCC)。這個(gè)控制方法是基于系統(tǒng)頻率和有功功率之間的密切聯(lián)系的。 FCC方法基于系統(tǒng)頻率偏差，DFIG存儲(chǔ)了與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量常數(shù)和正常系統(tǒng)有功功率有關(guān)的動(dòng)能。在此基礎(chǔ)上本文介紹了一

6、種新的用于RSC的d軸的FCC控制方法，該方法在系統(tǒng)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)運(yùn)行、風(fēng)速恒定或變化情況下均能夠得到了很好的控制效果。分析得到，非正常運(yùn)行狀態(tài)下控制器動(dòng)作導(dǎo)致了傾斜角增大，從而減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩，有助于短路故障后電壓恢復(fù)。
　　本文提出了一種基于GCSC的含DFIG風(fēng)電系統(tǒng)SSR的抑制策略。GCSC由三對(duì)逆平行的GTO晶閘管變換器構(gòu)成，各自配備一個(gè)固定電容器，GCSC通過(guò)控制觸發(fā)角減少暫態(tài)時(shí)補(bǔ)償電容中的侵入電流。為了得到暫態(tài)過(guò)程的SSR現(xiàn)

7、象，DFIG發(fā)電機(jī)通過(guò)詳細(xì)軸系模型進(jìn)行連接。仿真結(jié)果顯示GCSC裝置可以有效地抑制由機(jī)電扭振互作用問(wèn)題(TI)和暫態(tài)轉(zhuǎn)矩放大效應(yīng)(TA)引發(fā)的SSR，同時(shí)可以抑制SSO。GCSC抑制SSR和SSO的能力在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證。介紹了利用SVC對(duì)并聯(lián)DFIG進(jìn)行簡(jiǎn)化電壓控制的例子。DFIG變換器中GSC采用電壓源變換器和RSC采用電流源變換器。GSC和靜止無(wú)功補(bǔ)償（STATCOM）一樣可以提供精確的控制以維持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定。改進(jìn)R

8、SC用于控制DFIG的實(shí)際功率和無(wú)功功率。與在每個(gè)DFIG并網(wǎng)點(diǎn)安裝兩個(gè)SVC不同，文中僅在不同發(fā)電機(jī)的連接點(diǎn)使用了一個(gè)SVC，減少無(wú)功輸出從而提高電壓幅值來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行下的電壓穩(wěn)定性。結(jié)果顯示SVC能夠有效地提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，并提升系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)能力。此外，文中分析了基于SVC特性，通過(guò)選擇合適的變壓器變比使用低容量SVC的可能性。理論分析的結(jié)果通過(guò)算例分析在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下、以及恒定和隨機(jī)風(fēng)速條件下得到了驗(yàn)證。使用低