基于直接功率控制的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)增強運行能力研究.pdf

1、隨著人類社會的快速發(fā)展，能源危機和環(huán)境問題日益嚴(yán)重。近年來，越來越多的國家開始意識到可再生能源的重要性，對可再生能源的開發(fā)和應(yīng)用進行了大量的研究，尤其以風(fēng)電為代表，從1990年來每年有30％的增長速度。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)作為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主流機型，具有變頻器容量小、性能可靠等特點，得到了廣泛的研究。其中直接功率控制策略(DPC)因具有優(yōu)異的動態(tài)性能及簡單的控制結(jié)構(gòu)而得到了廣泛關(guān)注。DPC控制策略直接以有功、無功功率作為運

2、行中的控制變量，即使在不平衡電網(wǎng)下亦可保持有功、無功功率的恒定，在DFIG風(fēng)電系統(tǒng)中具有很大應(yīng)用潛力。然而傳統(tǒng)基于查詢開關(guān)表的DPC(LUT-DPC)存在功率波動較大、電流富含諧波、開關(guān)頻率不固定等問題，需要改進。因此，為增強DFIG系統(tǒng)的可持續(xù)運行能力，本文針對理想的平衡電網(wǎng)情況以及電壓不平衡電網(wǎng)情況，對DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論及以及基于DPC的改進控制策略進行了深入的理論分析、仿真建模和實驗研究，。
　　由于DFIG背靠

3、背式雙PWM變換器通過直流環(huán)節(jié)相連接的特性，本文對DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器分別單獨進行研究，并在最后進行了整機協(xié)調(diào)控制。
　　首先，對理想平衡電網(wǎng)條件下的網(wǎng)側(cè)及轉(zhuǎn)子側(cè)變換器進行了數(shù)學(xué)建模，由于控制策略研究的需要，分別給出了兩相靜止αβ坐標(biāo)系以及兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型表達式。針對LUT-DPC的缺點，提出了低復(fù)雜度模型預(yù)測直接功率控制策略(LCMP-DPC)和基于反推算法的直接功率控制策略(BS-D

4、PC)。文中，對LCMP-DPC進行了詳細(xì)的理論分析并給出了具體的實現(xiàn)方法，該方法可在保證快速動態(tài)性能的同時減小功率波動。而后，對反推算法進行了簡單介紹，并將其與DPC相結(jié)合，利用SVM技術(shù)解決了開關(guān)頻率不固定的問題。文中對兩種方法均進行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)，最后將兩策略的仿真與實驗結(jié)果與LUT-DPC及傳統(tǒng)的矢量控制(VC)進行了比較研究，通過仿真和實驗證明了兩種方法的正確性和有效性。
　　其次，在不平衡電網(wǎng)條件下，分別對DFIG網(wǎng)

5、側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器進行了建模，分析了不平衡電網(wǎng)條件對傳統(tǒng)控制策略的影響，并提出了改進的控制目標(biāo)。仿真和實驗研究證明了該改進直接功率控制策略的正確性和有效性。
　　之后，針對DFIG整個系統(tǒng)，采用預(yù)測直接功率控制(P-DPC)進行了整機的協(xié)調(diào)控制仿真和實驗研究，研究結(jié)果表明了該方法具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和優(yōu)秀的動態(tài)性能。
　　最后，本文簡單介紹了一臺3kVA的DFIG的硬件實驗平臺的硬件構(gòu)成，并進行了上述各控制算法的軟件設(shè)計和實驗研