基于雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直流并網(wǎng)拓?fù)渑c控制策略研究.pdf

1、隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及輸電距離的不斷上升，高壓直流輸電方式成為風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)距離輸電的首選形式?；陔p饋感應(yīng)電機(jī)(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的風(fēng)電機(jī)組由于功率可控性強(qiáng)、變流器容量低等優(yōu)點(diǎn)，成為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的主流機(jī)型，因此其直流并網(wǎng)系統(tǒng)也得到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)不改變風(fēng)機(jī)原有的接線方式和控制策略，雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，卻存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量傳遞效率低、風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性差等缺點(diǎn)。而在

2、控制策略方面，傳統(tǒng)的DFIG風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)控制研究多依托交流大電網(wǎng)的存在，并不能滿足風(fēng)電機(jī)組在直流輸電系統(tǒng)中的運(yùn)行需要。本文以此為背景，研究了一種基于DFIG風(fēng)電機(jī)組的新型直流并網(wǎng)拓?fù)浼跋鄳?yīng)的控制策略，并從理論分析、系統(tǒng)建模、仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證多個(gè)方面展開(kāi)研究。
　　首先，本文介紹了基于DFIG風(fēng)電機(jī)組的新型直流并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并將其與傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。改進(jìn)的直流并網(wǎng)結(jié)構(gòu)直接利用DFIG的定子側(cè)變流器(Stator SideCo

3、nverter, SSC)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器(Rtator Side Converter，RSC)向直流母線輸送電能，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本少、能量傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該拓?fù)湎翫FIG的定子頻率可以靈活改變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)全速范圍內(nèi)的發(fā)電和定轉(zhuǎn)子功率分配兩種優(yōu)化的運(yùn)行模式。
　　隨后，通過(guò)對(duì)新型拓?fù)湎碌腄FIG進(jìn)行建模分析，在氣隙磁鏈定向的基礎(chǔ)上，研究了一種基于功率-電流雙閉環(huán)控制的變流器控制策略，該控制策

4、略中RSC用于確保DFIG生成穩(wěn)定的三相正弦氣隙電勢(shì)，SSC用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)有功、無(wú)功功率的解耦。通過(guò)Matlab/Simulink仿真分析及1.6kW樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了不同工況和運(yùn)行模式下該控制算法的有效性。
　　其次，針對(duì)上述控制策略控制層次多且算法集成度低的不足，研究了一種改進(jìn)的基于轉(zhuǎn)矩指令的SSC和RSC協(xié)同控制策略。該算法直接通過(guò)DFIG的氣隙磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的指令計(jì)算DFIG電流參考值，采用電流單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，具有更好的穩(wěn)態(tài)性

5、能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，并且能使DFIG更加靈活的工作在全速范圍發(fā)電和定轉(zhuǎn)子功率分配兩種運(yùn)行模式下。通過(guò)Matlab/Simulink仿真分析及1.6kW樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該控制算法的有效性。
　　最后，研究了一種基于精簡(jiǎn)矩陣變換器(Reduced Matrix Converter，RMC)的DFIG直流并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方法。該拓?fù)涫褂秒妷涸葱蚏MC換流器代替上述新型直流并網(wǎng)系統(tǒng)所用的普通兩電平VSC換流器，采用雙極性電壓空間矢量調(diào)制策