電網(wǎng)故障情況下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)直接功率控制策略研究.pdf

1、近年來，隨著各國(guó)并網(wǎng)導(dǎo)則中對(duì)風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)故障期間的不間斷運(yùn)行和無功補(bǔ)償能力規(guī)定的相繼出臺(tái)，故障穿越技術(shù)無疑成為了目前各類風(fēng)電系統(tǒng)最大的技術(shù)挑戰(zhàn)。特別是對(duì)于雙饋風(fēng)電系統(tǒng)這類對(duì)電網(wǎng)故障敏感的機(jī)型，再加上其所采用的部分功率變換器對(duì)機(jī)組控制能力有限，使得電網(wǎng)故障條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的控制問題，成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，開展對(duì)電網(wǎng)故障情況下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)控制技術(shù)的研究，具有非常重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以電網(wǎng)故障情況下的雙饋風(fēng)

2、電系統(tǒng)為研究對(duì)象，結(jié)合直接功率控制技術(shù)，分別從改善雙饋電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行特性兩個(gè)方面，對(duì)電網(wǎng)故障情況下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的故障穿越控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究；在穩(wěn)態(tài)方面，提出采用滑?？刂坪椭苯庸β士刂葡嘟Y(jié)合的控制策略，同時(shí)配合不平衡電網(wǎng)電壓下新型的優(yōu)化補(bǔ)償控制方案，增強(qiáng)系統(tǒng)在輕度不對(duì)稱電網(wǎng)故障下的穩(wěn)態(tài)控制能力；在暫態(tài)方面，提出一種基于直接功率控制的滅磁控制方案，配合定子側(cè)串聯(lián)動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻的硬件保護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類電網(wǎng)故障下瞬態(tài)故障電流的抑制。

3、主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）研究了理想電網(wǎng)條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的直接功率控制策略。在兩相靜止坐標(biāo)系下，建立了以瞬時(shí)有功和無功功率作為狀態(tài)變量的雙饋電機(jī)與網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學(xué)模型，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制與直接功率控制相結(jié)合的方法，分別設(shè)計(jì)了網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制策略，并基于該控制策略實(shí)現(xiàn)了雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的最大風(fēng)能追蹤控制。特別的，針對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器提出了一種新型的基于滑?？刂频碾妷和猸h(huán)和直接功率控制內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

4、
　?。?）為了增強(qiáng)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障期間的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能力，對(duì)電網(wǎng)輕度不對(duì)稱故障下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的直接功率控制策略進(jìn)行了重點(diǎn)研究。研究了不平衡電網(wǎng)電壓條件下網(wǎng)側(cè)變換器直接功率控制策略，詳細(xì)分析了不平衡電網(wǎng)電壓對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器輸出的瞬時(shí)有功和無功功率的影響，并據(jù)此提出了一種基于直接功率控制的無需電流相序分解的網(wǎng)側(cè)變換器功率優(yōu)化補(bǔ)償控制方案，可分別實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)變換器輸出有功功率恒定、無功功率恒定、輸出電流對(duì)稱正弦等控制目標(biāo)。在考慮交流側(cè)阻抗的

5、情況下，分析了網(wǎng)側(cè)變換器內(nèi)部的功率流動(dòng)關(guān)系，提出了一種能夠通過補(bǔ)償網(wǎng)側(cè)變換器交流側(cè)阻抗功率波動(dòng)，消除直流母線電壓振蕩的功率優(yōu)化補(bǔ)償控制策略。
　?。?）研究了電網(wǎng)輕度不對(duì)稱故障下雙饋電機(jī)的直接功率控制策略。分析了不平衡電網(wǎng)電壓對(duì)雙饋電機(jī)輸出的瞬時(shí)有功和無功功率以及電磁轉(zhuǎn)矩的影響，并將前述的功率優(yōu)化補(bǔ)償方案應(yīng)用于雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，分別實(shí)現(xiàn)了雙饋電機(jī)輸出有功功率恒定、消除無功功率和電磁轉(zhuǎn)矩二倍頻波動(dòng)、定子電流對(duì)稱正弦等控制目

6、標(biāo)。為了改善雙饋風(fēng)電系統(tǒng)在不對(duì)稱故障下的整體運(yùn)行性能，詳細(xì)分析了不平衡電網(wǎng)電壓條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)內(nèi)部的功率流動(dòng)特點(diǎn)，提出了一種網(wǎng)側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的協(xié)同控制策略，通過對(duì)兩個(gè)變換器功率參考量的合理補(bǔ)償，可在消除雙饋電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的二倍頻振蕩的同時(shí)，保持系統(tǒng)輸出總有功功率恒定，且能使并網(wǎng)電流波形保持良好的正弦度，直流母線電壓的振蕩也可以得到有效抑制。另外，還對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓所引起的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器輸出電壓飽和問題進(jìn)行了討論，并得出了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器在不

7、平衡電網(wǎng)電壓條件下的有效控制運(yùn)行范圍。
　?。?）在電網(wǎng)故障發(fā)生瞬間，為了改善雙饋電機(jī)內(nèi)部的電磁暫態(tài)過渡過程對(duì)系統(tǒng)故障穿越運(yùn)行所產(chǎn)生的嚴(yán)重影響，文中詳細(xì)分析了各類電網(wǎng)故障下雙饋電機(jī)的暫態(tài)運(yùn)行特性，揭示了雙饋電機(jī)內(nèi)部各暫態(tài)分量變化的本質(zhì)規(guī)律和作用機(jī)理；在輕度電網(wǎng)故障下，對(duì)直接功率控制下的雙饋電機(jī)的暫態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行了研究，提出了一種新型的基于直接功率控制的滅磁控制策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)定子暫態(tài)磁鏈的衰減和定、轉(zhuǎn)子暫態(tài)過電流的抑制；研究了基于定

8、子側(cè)串聯(lián)動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻的雙饋電機(jī)硬件保護(hù)方案，針對(duì)重度電網(wǎng)故障，提出了一種基于直接功率控制的滅磁控制策略與定子側(cè)串聯(lián)動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻相結(jié)合的故障穿越方案，以提高雙饋機(jī)組在故障期間的故障穿越能力和無功補(bǔ)償能力。
　?。?）設(shè)計(jì)并研制了一套基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的雙饋電機(jī)測(cè)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹?；诖似脚_(tái)在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模擬，并在平衡和不平衡電網(wǎng)電壓條件下對(duì)上述所提出的幾種基于直接