電網(wǎng)電壓不平衡且諧波條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行與控制研究.pdf

1、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)以其諸多優(yōu)越的運(yùn)行性能在大型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,然而雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定子側(cè)與電網(wǎng)直接相連接的結(jié)構(gòu)決定了其對(duì)于電網(wǎng)擾動(dòng)特別敏感,使其在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓諧波條件下以及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變共存的電網(wǎng)條件下的運(yùn)行存在較大缺陷。因此,如何進(jìn)一步提高 DFIG系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓諧波條件下以及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變共存的電網(wǎng)條件下的安全運(yùn)行能力已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。受動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的啟發(fā)而提出的基于串聯(lián)

2、網(wǎng)側(cè)變換器的新型雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有定子電壓靈活可控的特性,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓穿越運(yùn)行,具有優(yōu)良的低電壓穿越(LVRT)能力,國(guó)內(nèi)也已有學(xué)者就基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓不平衡及電網(wǎng)故障下的運(yùn)行與控制展開了深入的研究,但對(duì)于電網(wǎng)電壓諧波條件下以及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變共存的電網(wǎng)電壓條件下該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行與控制國(guó)內(nèi)外鮮有研究。本文針對(duì)基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的新型DFIG系統(tǒng),對(duì)其在電網(wǎng)電壓諧波條

3、件下及電網(wǎng)電壓不平衡且諧波畸變條件下的運(yùn)行與控制展開了深入的研究,論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1)建立了基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在此模型基礎(chǔ)上,提出了電網(wǎng)電壓正常時(shí)適用于該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制策略,并通過仿真驗(yàn)證了所提穩(wěn)態(tài)控制策略的正確性和可行性。仿真結(jié)果表明基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)相同控制效果,為進(jìn)一步研究基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓諧波條件下及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變

4、共存的電網(wǎng)條件下的運(yùn)行與控制奠定了基礎(chǔ)。
　　2)分析了基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)在含有5、7次諧波電壓的電網(wǎng)電壓條件下的運(yùn)行行為,并從抑制電網(wǎng)電壓諧波對(duì)DFIG機(jī)組的影響以及提高整個(gè)DFIG系統(tǒng)運(yùn)行性能的角度出發(fā),研究和提出了該電網(wǎng)條件下適用于基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)的2種增強(qiáng)運(yùn)行能力控制方案(系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時(shí)無6倍頻波動(dòng)、系統(tǒng)無諧波電流注入電網(wǎng))。針對(duì)所提實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時(shí)無6倍頻波動(dòng)的

5、控制方案,詳細(xì)推導(dǎo)了該控制方案下并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器能向電網(wǎng)提供無功功率的極限。仿真結(jié)果表明:本文所提的控制方案在確保發(fā)電機(jī)的對(duì)稱穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)亦可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時(shí)無6倍頻波動(dòng),或整個(gè)系統(tǒng)無諧波電流注入電網(wǎng)2種不同運(yùn)行功能,有效改善了DFIG系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓諧波條件下的整體運(yùn)行性能及所并電網(wǎng)的穩(wěn)定性;對(duì)于所提實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時(shí)無6倍頻波動(dòng)的控制方案,所提推導(dǎo)無功極限的方法能夠準(zhǔn)確獲得該電網(wǎng)條件下并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器在

6、不過流條件下的無功輸出極限。
　　3)針對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓不平衡且同時(shí)含有5、7次諧波電壓的電網(wǎng)條件,在深入分析此電網(wǎng)條件下基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)運(yùn)行行為的基礎(chǔ)上,研究和提出了該電網(wǎng)條件下適用于基于串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG系統(tǒng)的3種增強(qiáng)運(yùn)行控制方案(系統(tǒng)輸出有功功率無2倍、6倍頻波動(dòng)、系統(tǒng)輸出無功功率無2倍、6倍頻波動(dòng)、系統(tǒng)輸出電流保持平衡無畸變)。從并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流容量對(duì)所提控制方案控制效果影響的角度出發(fā),提出并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換

7、器計(jì)算參考電流指令在其電流最大值下的分配原則及分配后的參考電流指令。仿真結(jié)果表明:本文所提的控制方案在確保發(fā)電機(jī)的對(duì)稱穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)亦可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)輸出有功或無功功率無2倍、6倍頻波動(dòng),或整個(gè)系統(tǒng)輸出電流保持平衡無畸變3種不同的運(yùn)行功能;考慮并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器電流容量時(shí),其計(jì)算參考電流指令按所提分配原則進(jìn)行分配后,對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)輸出有功或無功功率無2倍、6倍頻波動(dòng)控制方案的控制效果會(huì)有所降低。此外,本文以并聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器正序電流閉環(huán)控制為例對(duì)