雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)源控制策略研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(Wind turbine generator system，WTGS)運(yùn)行控制技術(shù)的研究也取得了很多成果．但是仍有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究和探討。本文針對(duì)雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制和變速變槳控制進(jìn)行深入研究，在詳細(xì)分析了電網(wǎng)對(duì)稱和不對(duì)稱故障下雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Doubly-fed Induction Generator,DFIG)暫態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合無(wú)源控制理論(Passivity

2、-based control，PBC)，重點(diǎn)研究了電網(wǎng)對(duì)稱及不對(duì)稱故障時(shí)引起的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子瞬時(shí)過(guò)電流、負(fù)序電流以及電磁轉(zhuǎn)矩振蕩等問(wèn)題；在變速變槳控制方面，分別針對(duì)現(xiàn)有的最大風(fēng)能跟蹤方法、傳動(dòng)扭振及額定風(fēng)速附近功率優(yōu)化控制進(jìn)行詳細(xì)的分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。主要工作如下：
　　1、針對(duì)電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落故障，提出了一種基于無(wú)源控制的DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略。首先通過(guò)分析DFIG模型的無(wú)源性，設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋控制器；根據(jù)電

3、網(wǎng)電壓跌落故障時(shí)DFIG的運(yùn)行特點(diǎn)，提出一種包含電網(wǎng)電壓變化信息的期望狀態(tài)值求取方法，期望狀態(tài)值隨著電網(wǎng)電壓變化而迅速改變，而所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器控制發(fā)電機(jī)電流對(duì)期望狀態(tài)值進(jìn)行快速跟蹤。所提出的低電壓穿越控制可以有效的抑制DFIG定、轉(zhuǎn)子繞組的瞬時(shí)過(guò)電流，降低其電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)幅度。
　　2、針對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡故障時(shí)定子及轉(zhuǎn)子的電流不平衡問(wèn)題，首先對(duì)正轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正、負(fù)序模型的無(wú)源性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，

4、然后針對(duì)正、負(fù)序模型分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的無(wú)源性狀態(tài)反饋控制器；為了抑制定、轉(zhuǎn)子電流的負(fù)序分量，其期望值均設(shè)計(jì)為零。而電流的正序分量期望值則可通過(guò)電磁轉(zhuǎn)矩給定和定子電壓的正序分量計(jì)算得出，期望值計(jì)算和反饋控制器組成了整個(gè)無(wú)源控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的控制策略能有效地抑制定、轉(zhuǎn)子的負(fù)序電流，改善輸出電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性。
　　3、常規(guī)矢量控制及改進(jìn)方案在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓小值跌落時(shí)都能獲得良好的效果，但當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較為嚴(yán)重的跌落時(shí)，這些方法

5、顯得無(wú)能為力。本文結(jié)合勵(lì)磁控制策略和硬件裝置，提出了一種DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定子側(cè)串入多抽頭變壓器的低電壓穿越運(yùn)行方案，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落程度檢測(cè)，設(shè)計(jì)多路選擇開(kāi)關(guān)，保證發(fā)電機(jī)機(jī)側(cè)電壓始終維持在小值跌落范圍內(nèi)，從而提高了電網(wǎng)電壓跌落故障時(shí)不問(wèn)斷運(yùn)行能力。
　　4、近年來(lái)感應(yīng)電機(jī)的無(wú)源性控制方法成為了研究的熱點(diǎn)，本文針對(duì)現(xiàn)有方法的不足，提出了一種基于無(wú)源化方法的DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率控制方案。該方案從功率控制的角度考慮，設(shè)計(jì)了新的狀

6、態(tài)期望值計(jì)算方法。根據(jù)定子端有、無(wú)功功率目標(biāo)值直接計(jì)算出定子電流的期望值，從而實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的獨(dú)立控制；然后結(jié)合定子電壓方程計(jì)算出轉(zhuǎn)子電流參考值。此計(jì)算方法不需給定定子磁鏈，從而避免了給定定子磁鏈不準(zhǔn)確而引起定、轉(zhuǎn)子電流及定子磁鏈跟蹤誤差的問(wèn)題；設(shè)計(jì)了定子電流反饋控制器，改善系統(tǒng)無(wú)源性的同時(shí)也能提高定子電流和定子磁鏈的跟蹤性能。
　　5、針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)能跟蹤策略的問(wèn)題，提出了一種新型跟蹤控制方法，該方法無(wú)需進(jìn)行風(fēng)速檢測(cè)，算法簡(jiǎn)

7、單；
　　6、針對(duì)DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)傳動(dòng)鏈欠阻尼而容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振蕩問(wèn)題，提出了自適應(yīng)變阻尼、增加扭轉(zhuǎn)阻尼和自適應(yīng)變剛度三種增加系統(tǒng)阻尼的方法，有效地提高了系統(tǒng)傳動(dòng)鏈扭轉(zhuǎn)振蕩的抑制能力。
　　7、常規(guī)的變速變槳控制方案在額定風(fēng)速附近可能存在功率波動(dòng)和功率損失，本文詳細(xì)的分析了導(dǎo)致功率波動(dòng)和功率損失的原因，并提出了一種轉(zhuǎn)矩改進(jìn)控制策略。該方法結(jié)合查表法和非線性PI控制器，在低風(fēng)速區(qū)僅啟用查表法以追蹤最優(yōu)功率；額定風(fēng)速附近及以上