電網(wǎng)故障下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行與變流控制.pdf

1、風(fēng)電作為緩解全球燃油枯竭、氣候變暖和環(huán)境惡化的一個主要能源形式而受到越來越多國家的重視。隨著并網(wǎng)風(fēng)電容量的不斷提高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間的相互作用也越來越強(qiáng)。一方面，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能直接影響到所并電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，另一方面，實際運(yùn)行中電網(wǎng)故障可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)性切機(jī)，引起電網(wǎng)的擴(kuò)大化故障，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果。因此從電網(wǎng)的安全角度考慮要求并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能滿足接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范，要求風(fēng)電機(jī)組能在電網(wǎng)故障下持續(xù)

2、運(yùn)行而不退出電網(wǎng)，即風(fēng)電機(jī)組必須具備低電壓穿越(LVRT)能力。本文針對直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)在不對稱電網(wǎng)故障下的持續(xù)運(yùn)行與變流控制進(jìn)行了研究，全文安排如下：
　　第1章介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；介紹了目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的主要機(jī)型，概述了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)的研究現(xiàn)狀。
　　第2章闡述了風(fēng)力發(fā)電的基本原理、風(fēng)輪機(jī)的功率特性和風(fēng)輪機(jī)功率的控制方法，探討了風(fēng)輪機(jī)最大風(fēng)能捕獲原理和最大功率輸出的控制策略，介紹了3種最大功

3、率點(diǎn)跟蹤算法，為直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)在正常和電網(wǎng)故障情況下控制策略的最優(yōu)選擇提供有效的指導(dǎo)。
　　第3章在直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，提出一種新的變流器控制策略，并在SIMULINK/MATLAB的環(huán)境下對兩種控制策略進(jìn)行了仿真和比較。由于新型控制策略中的功率環(huán)調(diào)節(jié)在網(wǎng)側(cè)，其能量轉(zhuǎn)換的效率較傳統(tǒng)控制策略高，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，動態(tài)特性很好，穩(wěn)態(tài)后各項參數(shù)的性能也很優(yōu)越。同時，新型控制策略在沒有采用任何保護(hù)措施的情況下，也可使系統(tǒng)具有

4、一定的低電壓穿越能力，為電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流器的控制提供了一種最優(yōu)的選擇。但傳統(tǒng)控制策略比新型控制策略在機(jī)側(cè)與直流母線電壓的穩(wěn)定性上更具有優(yōu)勢。然后構(gòu)建了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)實驗平臺，對風(fēng)電實驗系統(tǒng)各部分裝置的軟、硬件進(jìn)行設(shè)計，并通過實驗對所提出的新型控制策略的性能進(jìn)行驗證。
　　第4章首先闡述了風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)要求與直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)過程，介紹了電網(wǎng)的故障類型，提出了5種提高直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力的措施，接著闡述了抑制振蕩的阻尼

5、控制器的設(shè)計。最后結(jié)合電容保護(hù)電路、槳距角調(diào)節(jié)、直流母線電壓調(diào)節(jié)和電網(wǎng)無功支持等控制策略，給出了實現(xiàn)直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越的控制結(jié)構(gòu)和仿真模型，并進(jìn)行了仿真。
　　第5章首先闡述了鎖相環(huán)的功能和結(jié)構(gòu)，介紹了直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器控制的電網(wǎng)同步化要求。接下來對現(xiàn)有的一些同步化方法進(jìn)行了研究與比較，然后探索出適合于電網(wǎng)不對稱故障下的網(wǎng)側(cè)變流器同步化方法。本章對單同步軟件鎖相環(huán)、解耦的雙同步坐標(biāo)系軟件鎖相環(huán)和二階通用積分器-正交信號發(fā)生

6、器軟件鎖相環(huán)的工作原理和性能進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對二階通用積分器-正交信號發(fā)生器同步化方法進(jìn)行了仿真和實驗研究，為直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組在不對稱電網(wǎng)故障下的持續(xù)運(yùn)行提供可靠的信息。
　　第6章首先給出電網(wǎng)故障下直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略和控制結(jié)構(gòu)，探討了電網(wǎng)故障下保持直流母線電壓恒定的機(jī)理，提出了3種不同的電流控制器，在SIMULINK/MATLAB的環(huán)境下對3種電流控制器的性能進(jìn)行了仿真與比較。最后針對本文所提出的新型控制策略和第5章所提出的電網(wǎng)