新型永磁雙饋發(fā)電機(jī)及其控制策略研究.pdf

1、隨著風(fēng)電機(jī)組容量的擴(kuò)大和并網(wǎng)要求的不斷提高，能源和環(huán)保成為關(guān)系到全球可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題，能源的高效利用和可再生能源的開(kāi)發(fā)變得尤為重要。風(fēng)力發(fā)電是目前既節(jié)能又環(huán)保的一項(xiàng)可再生能源利用技術(shù)。然而隨著風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增加，風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)電力系統(tǒng)中所占比重越來(lái)越大，風(fēng)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的相互影響也越來(lái)越明顯。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)大多分布在地形復(fù)雜、氣候條件多變的偏遠(yuǎn)地區(qū)，并網(wǎng)的距離較遠(yuǎn)，且線(xiàn)路較長(zhǎng)，因而電壓波動(dòng)也較大。此外，風(fēng)速的隨機(jī)性導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電

2、系統(tǒng)在電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)更容易產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。為了解決這些問(wèn)題，在實(shí)際的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中就必須要求并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具備故障情況下低電壓穿越能力，控制策略必須保證系統(tǒng)在電網(wǎng)故障時(shí)能夠不間斷運(yùn)行，防止風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生脫網(wǎng)，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相關(guān)研究很多，但主要集中在電機(jī)的控制策略的研究上，在電機(jī)本體的結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新和發(fā)展是比較困難的，如果從這方面入手，改善雙饋發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，具有重要意義。本文主要以現(xiàn)有雙

3、饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究為基礎(chǔ)，從雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)和控制策略?xún)煞矫嫱瑫r(shí)入手，對(duì)傳統(tǒng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，提出了一種新型永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)。以電機(jī)的瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，全面、深入地研究了該新型電機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制策略和動(dòng)態(tài)性能。針對(duì)新型雙饋發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的并網(wǎng)控制策略。
　　論文的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:
　　1、在分析永磁感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，提出了新型永磁雙饋發(fā)電機(jī)(permane

4、nt magnet doubly fed induction generator，PMDFIG)。首先進(jìn)行了二維有限元電磁場(chǎng)仿真研究。建立了永磁雙饋發(fā)電機(jī)三相靜止坐標(biāo)系和任意坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的永磁雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。建立了網(wǎng)側(cè)變換器的數(shù)學(xué)模型，建立了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器傳統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制策略，從而為故障情況下永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略的有效實(shí)施提供了理論基礎(chǔ)。穩(wěn)態(tài)并網(wǎng)運(yùn)行仿真分析驗(yàn)證了所建立的PM

5、DFIG本體數(shù)學(xué)模型的正確性，并證明了在電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下PMDFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)比傳統(tǒng)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)越性。
　　2、研究了電網(wǎng)電壓驟降故障下永磁雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)性能、動(dòng)態(tài)建模與不間斷運(yùn)行能力的控制設(shè)計(jì)，主要包括:分析了PMDFIG在電壓驟降情況下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程，采用計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制策略，采用加入負(fù)載電流前饋補(bǔ)償和電網(wǎng)電壓前饋控制雙閉環(huán)的網(wǎng)側(cè)變換器控制策略。建立了該發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制仿

6、真模型。動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)雙饋發(fā)電機(jī)相比，電壓驟降情況下PMDFIG系統(tǒng)能減小電網(wǎng)擾動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子過(guò)電流，從而降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制策略比傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略在電網(wǎng)電壓小幅跌落時(shí)的有效性。
　　3、當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡比較嚴(yán)重且發(fā)電機(jī)未采取相應(yīng)的控制措施時(shí)，發(fā)電機(jī)將不得不與電網(wǎng)解列，這將影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此在產(chǎn)生電壓不平衡故障時(shí)，維持永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的

7、穩(wěn)定性是非常必要的。本文從不平衡故障下的電機(jī)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，利用正負(fù)序分量分解法，推導(dǎo)了永磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電壓不平衡故障狀態(tài)下的功率和轉(zhuǎn)矩方程，根據(jù)永磁雙饋發(fā)電機(jī)電網(wǎng)不平衡故障狀態(tài)下的控制目標(biāo)，通過(guò)仿真驗(yàn)證控制策略的有效性。
　　4、為了提高電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落故障下雙饋發(fā)電機(jī)的低壓穿越性能，研究了新型永磁雙饋發(fā)電機(jī)新型的低電壓穿越控制策略。首先研究了PMDFIG的傳統(tǒng)Crowbar控制方式，分析了影響Crowbar控制電路的參數(shù)，確