基于CSC永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法與策略研究.pdf

1、永磁直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)電效率高、運行可靠性高及維護成本低等優(yōu)點，是目前風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的一個重要研究方向。本文針對基于電流源型變流器(CSC)永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)，鑒于電流源型交流器與電壓源型變流器自身存在的差別，從提高系統(tǒng)運行效率及可靠性角度出發(fā)，針對運行電流優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方案、低電壓穿越協(xié)調(diào)控制策略及并網(wǎng)控制策略等方面展開研究，本文主要研究工作及創(chuàng)新點概括如下:
　　 深入調(diào)研了全球風電產(chǎn)業(yè)歷史與現(xiàn)狀、風力

2、發(fā)電技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀以及直驅(qū)式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，指出了圍繞基于CSC永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)研究的幾個關(guān)鍵點。針對本文研究所關(guān)注重點，建立了基于電流源型變流器永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)各主要部件數(shù)學模型。對電流型變流器SVPWM調(diào)制算法進行了詳細研究，給出了一種易于數(shù)字實現(xiàn)的扇區(qū)判斷方法及矢量作用時間計算方法，對幾種主要SVPWM調(diào)制方法進行了仿真分析。
　　 提出了一種全工況運行電流最優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略。根據(jù)電流源型變流器直

3、流鏈對外呈電流源特性，深入研究了不同風速條件下發(fā)電機定子電流及并網(wǎng)電流變化規(guī)律，分別推導了滿足機側(cè)控制要求的最小直流電流，以及滿足網(wǎng)側(cè)控制要求的最小直流電流計算公式，找出了變流器可正常運行的最小直流電流邊界條件。同時結(jié)合對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的研究，提出了一種全工況下運行電流最優(yōu)化系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略，使系統(tǒng)在不同運行工況下均保持最佳電流大小運行?；谠摽刂撇呗?，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下建立了相應(yīng)的系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果驗證了所

4、提電流優(yōu)化協(xié)調(diào)控制方案的正確性和有效性。
　　 針對目前由于電網(wǎng)電壓含有大量諧波易影響并網(wǎng)電能質(zhì)量情況，提出了一種電流內(nèi)環(huán)變結(jié)構(gòu)電網(wǎng)電壓矢量定向并網(wǎng)控制策略。深入比較研究了幾種常規(guī)并網(wǎng)控制策略，著重剖析了一般電網(wǎng)電壓矢量定向并網(wǎng)控制對諧波電流難以有效抑制的根本原因，提出了一種電流內(nèi)環(huán)變結(jié)構(gòu)的解決方案。通過在電流環(huán)增加諧振控制器方式，實現(xiàn)對諧波分量幾乎無差控制。證明了該控制方法既可確保對基波良好控制性能，又可對諧波進行很好地抑制。

5、對該控制器參數(shù)進行了設(shè)計，給出了詳細的設(shè)計過程。仿真結(jié)果驗證了該控制策略的正確性和有效性。
　　 提出了一套基于發(fā)電機功率輸出控制的模式切換低電壓穿越系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略。重點比較分析了幾種直驅(qū)風電系統(tǒng)低電壓穿越控制方案，基于限制發(fā)電機功率輸出實現(xiàn)低電壓穿越控制思想，推導了發(fā)電機轉(zhuǎn)速上升率與電網(wǎng)電壓跌落深度之間關(guān)系表達式，提出了一種依據(jù)電網(wǎng)電壓跌落深度進行并網(wǎng)有功參考電流和無功參考電流再分配的控制算法。結(jié)合機側(cè)整流器對發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制

6、，提出了一套通過監(jiān)控電網(wǎng)電壓實現(xiàn)交流器工作模式靈活切換的低電壓穿越協(xié)調(diào)控制方案。通過實時監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)，動態(tài)切換變流器控制系統(tǒng)中的直流電流控制環(huán)及轉(zhuǎn)速控制環(huán)，確保系統(tǒng)在電網(wǎng)正常時僅向電網(wǎng)注入有功功率，而在電網(wǎng)出現(xiàn)跌落故障時切換至靜止同步無功補償模式，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落深度向電網(wǎng)提供相應(yīng)無功支持?；谠撃Ｊ角袚Q控制策略建立了系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果驗證了所提控制方案的正確性和有效性。
　　 基于對永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的理論和仿真研究，在