雙饋風(fēng)電變流器的諧振控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比重的大幅增加，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響日益顯著。為此，世界各主要風(fēng)電大國(guó)紛紛出臺(tái)并網(wǎng)導(dǎo)則，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性作出明確要求。其中，并網(wǎng)導(dǎo)則對(duì)風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)故障條件下的行為約束，被公認(rèn)為是對(duì)風(fēng)電機(jī)組的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。該約束的核心要求可概括為，不僅要求風(fēng)電機(jī)組能夠“適應(yīng)”各類電網(wǎng)故障，還要求其具備“支撐”故障電網(wǎng)恢復(fù)的能力。從常見(jiàn)電網(wǎng)故障類型角度看，電網(wǎng)電壓不平衡、諧波畸變、對(duì)稱（或不對(duì)稱）驟升、跌落故障對(duì)并網(wǎng)風(fēng)

2、電機(jī)組的危害最為直接、普遍，影響也最為顯著。因此，開(kāi)展該類電網(wǎng)故障下并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性研究，并提出相應(yīng)控制對(duì)策，具有十分重要的理論研究和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　在此背景下，本文以作為主流機(jī)型的雙饋型風(fēng)電機(jī)組為研究對(duì)象，以諧振控制器的拓展應(yīng)用為核心，以理論分析、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為手段，深入、系統(tǒng)研究了該類風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓不平衡及諧波畸變、跌落及驟升等常見(jiàn)故障下的行為特征，提出了與并網(wǎng)導(dǎo)則相適應(yīng)的電網(wǎng)友好型風(fēng)電機(jī)組的改進(jìn)控制策略。

3、論文的研究重點(diǎn)是:1）廣義電網(wǎng)電壓不平衡及諧波畸變時(shí)DFIG機(jī)組的建模分析及諧振控制策略;2）電網(wǎng)驟升故障下DFIG機(jī)組的高電壓穿越運(yùn)行技術(shù)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)有:
　　1.系統(tǒng)梳理了諧振控制器在雙饋風(fēng)電變流器應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題，為該技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)中的推廣應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。內(nèi)容包括:對(duì)比研究了三種諧振(R）控制器的常見(jiàn)應(yīng)用形式，即比例諧振(PR)、矢量比例積分(VPI)和比例積分諧振(PIR)控制器，從對(duì)基波、諧波電流的調(diào)節(jié)能

4、力、計(jì)算復(fù)雜性和頻率自適應(yīng)能力三個(gè)方面歸納了三種控制器的基本特點(diǎn)和適用場(chǎng)合;以PR控制器為例，系統(tǒng)解答了R控制器在工程應(yīng)用中需關(guān)注的三個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，即參數(shù)整定、相位補(bǔ)償和離散化，特別地，提出了一種基于根軌跡法和頻域分析法相結(jié)合、較完整的基頻、多倍頻PR控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方案;此外還提出了一種基于諧振控制器的電網(wǎng)電壓同步信號(hào)的檢測(cè)方法。
　　2.首次從電網(wǎng)不平衡及含低次電壓諧波時(shí)DFIG機(jī)組的數(shù)學(xué)建模入手，采用解析表達(dá)的形式評(píng)估了該類電網(wǎng)

5、故障對(duì)DFIG定子（或轉(zhuǎn)子）電流不平衡度、畸變程度以及對(duì)瞬時(shí)有功、無(wú)功功率和電磁轉(zhuǎn)矩的影響;基于所建立的DFIG完整數(shù)學(xué)模型，提出了改善機(jī)組運(yùn)行性能的諧振控制策略。首先建立了電網(wǎng)電壓含5次、7次等低次諧波分量時(shí)DFIG的完整數(shù)學(xué)模型，評(píng)估了低次諧波對(duì)DFIG定子瞬時(shí)有功、無(wú)功功率和電磁功率的影響;基于DFIG的建模分析，提出了相應(yīng)可選控制目標(biāo)及相應(yīng)電流指令算法，提出了適應(yīng)諧波電網(wǎng)工況的DFIG風(fēng)電機(jī)組諧振電流控制方案。
　　3.將

6、上述建模方法拓展應(yīng)用到電網(wǎng)電壓不平衡且含5次、7次等低次諧波時(shí)的復(fù)雜電網(wǎng)工況，重構(gòu)了該類工況下DFIG定子瞬時(shí)有功、無(wú)功功率和電磁功率的表達(dá)，厘清了功率、轉(zhuǎn)矩中各類波動(dòng)成分產(chǎn)生的根由;并據(jù)此提出了電網(wǎng)不平衡且含低次諧波電壓時(shí)DFIG網(wǎng)側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的協(xié)同控制方案;基于所建立的DFIG風(fēng)電機(jī)組完整數(shù)學(xué)模型，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)、網(wǎng)側(cè)變流器的電流指令簡(jiǎn)化和控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)改進(jìn)、優(yōu)化，提高了控制策略的工程實(shí)用性;首次建立了

7、廣義電網(wǎng)諧波條件下DFIG的一般化數(shù)學(xué)模型，該模型不僅可以用來(lái)分析5次、7次等傳統(tǒng)電壓諧波對(duì)DFIG運(yùn)行性能的影響，也適用于分?jǐn)?shù)次諧波甚至低頻振蕩危害的評(píng)估，具有較強(qiáng)的普適性，實(shí)現(xiàn)了本文數(shù)學(xué)建模思想的升華。
　　4.系統(tǒng)研究了電網(wǎng)電壓驟升、跌落故障發(fā)生時(shí)DFIG風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，并結(jié)合并網(wǎng)導(dǎo)則要求，提出了DFIG機(jī)組的高電壓穿越(HVRT)低電壓穿越(LVRT)協(xié)同控制和保護(hù)方案。內(nèi)容包括:分析了電網(wǎng)電壓驟升故障對(duì)DFIG風(fēng)

8、電機(jī)組的主要危害，提出了影響DFIG機(jī)組HVRT運(yùn)行能力的主要因素，據(jù)此提出了DFIG風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)HVRT的可行性思路;從并網(wǎng)導(dǎo)對(duì)風(fēng)電機(jī)組無(wú)功電流輸出要求的角度，提出了滿足DFIG機(jī)組HVRT運(yùn)行的控制和保護(hù)策略;系統(tǒng)歸納了DFIG風(fēng)電機(jī)組LVRT運(yùn)行的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題，在現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組保護(hù)模塊基礎(chǔ)上，提出了完整的DFIG機(jī)組高、低電壓穿越協(xié)同控制和保護(hù)實(shí)施方案。
　　5.研制了一種新型可編程電網(wǎng)故障模擬電源，該電源能夠模擬電網(wǎng)電