基于CSC永磁直驅(qū)風(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)電效率高、運(yùn)行可靠性高及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。本文針對(duì)基于電流源型變流器(CSC)永磁直驅(qū)風(fēng)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(yùn)行效率及可靠性角度出發(fā)，針對(duì)運(yùn)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(kāi)研究，本文主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)概括如下:
　　 深入調(diào)研了全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)歷史與現(xiàn)狀、風(fēng)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(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。針對(duì)本文研究所關(guān)注重點(diǎn)，建立了基于電流源型變流器永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各主要部件數(shù)學(xué)模型。對(duì)電流型變流器SVPWM調(diào)制算法進(jìn)行了詳細(xì)研究，給出了一種易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)的扇區(qū)判斷方法及矢量作用時(shí)間計(jì)算方法，對(duì)幾種主要SVPWM調(diào)制方法進(jìn)行了仿真分析。
　　 提出了一種全工況運(yùn)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(duì)外呈電流源特性，深入研究了不同風(fēng)速條件下發(fā)電機(jī)定子電流及并網(wǎng)電流變化規(guī)律，分別推導(dǎo)了滿足機(jī)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(jì)算公式，找出了變流器可正常運(yùn)行的最小直流電流邊界條件。同時(shí)結(jié)合對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性的研究，提出了一種全工況下運(yùn)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(yùn)行工況下均保持最佳電流大小運(yùn)行?；谠摽刂撇呗裕贛atlab/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(yàn)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(duì)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(duì)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(guò)在電流環(huán)增加諧振控制器方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波分量幾乎無(wú)差控制。證明了該控制方法既可確保對(duì)基波良好控制性能，又可對(duì)諧波進(jìn)行很好地抑制。

5、對(duì)該控制器參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。仿真結(jié)果驗(yàn)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(jī)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(diǎn)比較分析了幾種直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方案，基于限制發(fā)電機(jī)功率輸出實(shí)現(xiàn)低電壓穿越控制思想，推導(dǎo)了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升率與電網(wǎng)電壓跌落深度之間關(guān)系表達(dá)式，提出了一種依據(jù)電網(wǎng)電壓跌落深度進(jìn)行并網(wǎng)有功參考電流和無(wú)功參考電流再分配的控制算法。結(jié)合機(jī)側(cè)整流器對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制

6、，提出了一套通過(guò)監(jiān)控電網(wǎng)電壓實(shí)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)，動(dòng)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(shí)僅向電網(wǎng)注入有功功率，而在電網(wǎng)出現(xiàn)跌落故障時(shí)切換至靜止同步無(wú)功補(bǔ)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(wú)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(yàn)證了所提控制方案的正確性和有效性。
　　 基于對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的理論和仿真研究，在