電網故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器運行控制.pdf

1、雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機定子直接與電網相連，對電網電壓不平衡和電網電壓跌落故障比較敏感。在故障期間雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)通常會脫離電網，影響電網的穩(wěn)定。新的電網規(guī)范要求風力發(fā)電系統(tǒng)必須具備低電壓穿越運行、電壓不平衡補償和在電網故障時保持并網運行的能力。雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中雙向變換器的控制策略決定了風力發(fā)電機組的運行特性，因此，探討電網故障期間雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器的控制策略，對增強風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力和電網電壓不平衡補償能力具有重要

2、意義。本文結合電網故障期間雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)控制技術的研究現(xiàn)狀以及風力發(fā)電產業(yè)的大規(guī)模并網需求，立題對電網故障下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)運行特性與控制策略開展深入研究。
　　本文提出了一種雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)網側變換器定頻式模型預測控制（MPC），基于網側變換器的電流預測模型，在固定時間間隔內以滿足電流誤差最小為原則計算電壓矢量作用時間，實現(xiàn)對參考電流的準確跟蹤；針對電網電壓不平衡造成的三相電流不平衡問題，分析了電壓不平衡時的系統(tǒng)運行特性，提出

3、改進的參考電流計算方法以消除三相電流不平衡；圍繞模型預測控制方法中模型參數(shù)與實際系統(tǒng)參數(shù)不匹配和外界干擾造成控制性能下降，導致功率變換器運行不穩(wěn)定的問題，提出了網側變換器的定頻式魯棒模型預測控制。根據雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)網側變換器數(shù)學模型，剖析了模型不匹配時MPC算法的運行過程和誤差產生的機理，分析了六扇區(qū)內網側變換器電壓矢量對d、q軸電流瞬時變化的影響；將模型參數(shù)不匹配對系統(tǒng)造成的影響作為擾動量，采用Luenberger觀測器通過前饋補償

4、消除系統(tǒng)擾動，利用根軌跡法確定了觀測器的增益參數(shù)，并分析預測模型中電感參數(shù)變化對觀測器穩(wěn)定性的影響；仿真與實驗結果驗證了所提擾動觀測預測控制算法在模型準確和模型參數(shù)不匹配條件下的控制性能。
　　同時，本文開展了電網電壓不平衡時雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)網側變換器運行控制的研究。針對電網電壓不平衡引起的網側變換器交流側諧波增加、交流側有功功率和無功功率波動等問題，采用對稱分量法分析了不平衡電網電壓下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)網側變換器輸入電流和交流側功

5、率的穩(wěn)態(tài)特性；將電壓不平衡問題轉化到同步旋轉坐標系中，提出了同步旋轉坐標系中不平衡電網電壓下網側變換器的數(shù)學模型；在此基礎上，針對傳統(tǒng)不平衡控制方案結構較復雜、運算量大、有功功率和無功功率波動不能同時抑制等問題，提出了功率諧振補償控制策略。該策略在電網電壓定向矢量控制方法中增加功率脈動補償環(huán)節(jié)對瞬時有功、無功功率波動進行電壓補償，仿真與實驗結果證明了控制策略的有效性。
　　分析了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)在不平衡電網電壓下定、轉子電流和定子

6、有功、無功功率脈動以及轉矩脈動的特性，提出了定、轉子電流，有功、無功功率和電磁轉矩的二倍頻分量控制表達式；以此為基礎，進一步提出了電網電壓不平衡條件下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)多目標補償控制策略，通過在傳統(tǒng)有功、無功功率解耦矢量控制的兩個電流內環(huán)后分別加入電壓補償控制環(huán)節(jié)，對不同的控制目標進行補償控制；提出了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)多目標切換補償控制策略，推導了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)各個變量二倍頻分量的關系，將控制量歸化到統(tǒng)一等級，采用同一補償環(huán)對不同的控制目

7、標進行切換補償控制；仿真結果驗證了所提控制策略在增強轉子側變換器對轉子電流的控制能力和提高風電系統(tǒng)在電網電壓不平衡時不脫網運行能力的有效性。
　　此外，本文探討了電網電壓對稱和不對稱跌落瞬間雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)轉子電流暫態(tài)特性，分析了轉子電壓等級與雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越運行區(qū)間的關系并討論控制系統(tǒng)的魯棒性及控制參數(shù)對系統(tǒng)的影響；為增強電網故障情況下雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越運行能力，提出了雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)轉子側變換器比例諧振控