雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中雙變流器優(yōu)化聯合控制.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴峻，風力發(fā)電作為當今規(guī)模化開發(fā)程度最高和最具商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源，已經越來越受到世界各國的關注和重視，近年來得到了大力發(fā)展，其中基于變速恒頻的雙饋風力發(fā)電技術因其顯著的優(yōu)勢成為風電領域的主流和研究熱點。本文針對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)在理想電網和不對稱電網條件下的數學模型、優(yōu)化控制尤其是雙變流器的聯合控制策略等方面進行了細致、深入的探討，主要內容包括：
　　 1.推導出三相電壓源型PWM變流器在三相靜止坐

2、標系和兩相同步旋轉坐標系中的數學模型，在此基礎上，對其穩(wěn)態(tài)特性以及各象限運行區(qū)域內橋臂輸出電壓相量進行了詳細的分析、比較，并計算出變流器直流側電容電壓的設定下限值，為雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的參數選取和變流器控制系統(tǒng)的設計提供了理論依據。提出了同步旋轉坐標系中PWM變流器的典型雙環(huán)控制策略，為雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中網側和轉子側變流器的控制研究提供了堅實的理論基礎。
　　 2.對雙饋發(fā)電機在不同勵磁電流組合方式下的性能以及所需雙變流器的容量等

3、方面進行了比較分析，對如何合理利用雙變流器的容量和充分發(fā)揮其調控能力進行了深入研究，基于雙饋發(fā)電機的等效電路分析了DFIG在理想電網條件下的功率特性，并在此基礎上結合DFIG的損耗特性，提出了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)新型的無功優(yōu)化控制策略。該控制策略使部分勵磁控制從轉子側變流器轉移到網側變流器，而且使得網側變流器與轉子側變流器容量相同，給工程實施帶來了一系列的便利，如減少了工程備品備件的種類，充分利用了雙變流器的無功容量，提高了利用率和運行效率

4、等，具有重要的實際意義。
　　 3.推導出電網電壓對稱故障和不對稱故障條件下雙饋發(fā)電機定子磁鏈在正、反向同步旋轉坐標系中的數學模型，分析了電網故障時DFIG的動態(tài)特性，并給出DFIG定子磁鏈在對稱及不對稱電壓故障情況下的完整解析表達式。通過對持續(xù)時間分別為50ms和100ms的兩種電壓故障的仿真對比分析，指出電網電壓對稱故障時磁鏈會以工頻振蕩，而不對稱故障條件下磁鏈則以兩倍工頻振蕩，且在持續(xù)時間為奇數倍工頻半周期的故障情況下，電

5、網電壓恢復時磁鏈振蕩的幅度是電壓跌落時幅值的兩倍。分別對各種典型故障情況進行了仿真，結果驗證了理論分析的正確性。
　　 4.建立了電網電壓不對稱情況下包括轉子側變流器和網側變流器的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)在正、反向同步旋轉坐標系中的完整數學模型，并分別推導出定子側和網側瞬時有功功率和無功功率的二倍頻成分，為雙變流器的不對稱控制策略的研究提供了理論基礎。針對電網電壓不對稱時雙饋系統(tǒng)的運行狀態(tài)，基于轉子側變流器和網側變流器分別提出了四種不同

6、的控制策略，并推導出各種控制方案下轉子電流和網側電流負序分量指令值的計算方法。
　　 5.詳細探討了電網小數值電壓故障情況下雙饋系統(tǒng)的穿越控制技術。指出在電網電壓對稱故障時，可充分發(fā)揮并利用雙饋發(fā)電系統(tǒng)中轉子側變流器和網側變流器的快速無功調節(jié)能力，使對故障期間接入端電壓提供支撐，從而削弱故障時機端電壓下降的幅度，有助于故障后電網的迅速恢復；在電網電壓不對稱故障時，提出了不對稱電網故障條件下基于雙坐標變換的轉子側變流器和網側變流器