基于雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)的直流并網(wǎng)拓撲與控制策略研究.pdf

1、隨著風電場規(guī)模的不斷擴大及輸電距離的不斷上升，高壓直流輸電方式成為風電場遠距離輸電的首選形式?；陔p饋感應電機(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的風電機組由于功率可控性強、變流器容量低等優(yōu)點，成為風力發(fā)電領域的主流機型，因此其直流并網(wǎng)系統(tǒng)也得到了廣泛的關注。傳統(tǒng)的DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)不改變風機原有的接線方式和控制策略，雖然實現(xiàn)簡便，卻存在系統(tǒng)結構復雜、能量傳遞效率低、風機運行可靠性差等缺點。而在

2、控制策略方面，傳統(tǒng)的DFIG風電機組并網(wǎng)控制研究多依托交流大電網(wǎng)的存在，并不能滿足風電機組在直流輸電系統(tǒng)中的運行需要。本文以此為背景，研究了一種基于DFIG風電機組的新型直流并網(wǎng)拓撲及相應的控制策略，并從理論分析、系統(tǒng)建模、仿真驗證和實驗驗證多個方面展開研究。
　　首先，本文介紹了基于DFIG風電機組的新型直流并網(wǎng)拓撲結構，并將其與傳統(tǒng)的拓撲結構進行對比。改進的直流并網(wǎng)結構直接利用DFIG的定子側變流器(Stator SideCo

3、nverter, SSC)和轉子側變流器(Rtator Side Converter，RSC)向直流母線輸送電能，與傳統(tǒng)結構相比具有系統(tǒng)結構簡單、體積小、成本少、能量傳遞效率高等優(yōu)點。同時，該拓撲下DFIG的定子頻率可以靈活改變，從而能夠實現(xiàn)風機全速范圍內的發(fā)電和定轉子功率分配兩種優(yōu)化的運行模式。
　　隨后，通過對新型拓撲下的DFIG進行建模分析，在氣隙磁鏈定向的基礎上，研究了一種基于功率-電流雙閉環(huán)控制的變流器控制策略，該控制策

4、略中RSC用于確保DFIG生成穩(wěn)定的三相正弦氣隙電勢，SSC用于實現(xiàn)風機有功、無功功率的解耦。通過Matlab/Simulink仿真分析及1.6kW樣機實驗，驗證了不同工況和運行模式下該控制算法的有效性。
　　其次，針對上述控制策略控制層次多且算法集成度低的不足，研究了一種改進的基于轉矩指令的SSC和RSC協(xié)同控制策略。該算法直接通過DFIG的氣隙磁鏈和電磁轉矩的指令計算DFIG電流參考值，采用電流單閉環(huán)控制結構，具有更好的穩(wěn)態(tài)性

5、能和動態(tài)響應速度，并且能使DFIG更加靈活的工作在全速范圍發(fā)電和定轉子功率分配兩種運行模式下。通過Matlab/Simulink仿真分析及1.6kW樣機實驗，驗證了該控制算法的有效性。
　　最后，研究了一種基于精簡矩陣變換器(Reduced Matrix Converter，RMC)的DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)結構及控制方法。該拓撲使用電壓源型RMC換流器代替上述新型直流并網(wǎng)系統(tǒng)所用的普通兩電平VSC換流器，采用雙極性電壓空間矢量調制策