Boost斬波型直驅式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)功率變換器運行控制.pdf

1、直驅式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)因具有能量轉換效率高、可靠性高、抗電網(wǎng)干擾能力較強等優(yōu)點，成為繼雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)之后風電技術領域的重要發(fā)展方向。本文以一種較為常見Boost斬波型直驅式永磁風力發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，重點研究了全功率變換器的運行特性，并提出了相應的控制策略。永磁同步發(fā)電機和電機側Boost斬波型變換器屬于強非線性系統(tǒng)，采用普通的PI控制器難以在正常運行范圍內(nèi)保證系統(tǒng)性能，且非線性系統(tǒng)PI控制器參數(shù)難于整定。針對其非線性特性，在適當簡化

2、的基礎上，采用分區(qū)間建模的方法，以功率器件開關信號占空比為輸入變量，發(fā)電機轉速為輸出變量，建立了發(fā)電機與變換器整體二階仿射非線性模型；引入微分幾何理論，利用反饋線性化方法，在單區(qū)間內(nèi)將非線性系統(tǒng)轉換為線性系統(tǒng)；根據(jù)線性系統(tǒng)設計閉環(huán)轉速控制器，并利用線性二次型最優(yōu)控制方法對發(fā)電機轉速進行控制。經(jīng)仿真驗證，基于該控制器的系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。
　　 本文在發(fā)電機與變換器二階模型基礎上，將發(fā)電機角位置作為狀態(tài)變量，分區(qū)間建立了

3、三階仿射非線性模型，重新構造輸出函數(shù)，以發(fā)電機角位置作為輸出變量，實現(xiàn)了單區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)完全輸入.輸出反饋線性化；根據(jù)輸出變量與發(fā)電機轉速的數(shù)學關系，設計閉環(huán)轉速控制器，并利用時間與絕對誤差乘積積分指標對控制器參數(shù)進行了整定。經(jīng)仿真和實驗驗證，基于該控制器的系統(tǒng)能夠在較大范圍內(nèi)快速跟蹤參考轉速的變化，具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，對電機側Boost斬波型變換器控制策略的設計具有一定的參考價值。根據(jù)網(wǎng)側變換器數(shù)學模型，以瞬時功率理論為基礎，詳細分

4、析了電網(wǎng)電壓平衡和不平衡情況下電網(wǎng)瞬時功率表現(xiàn)形式，給出了瞬時功率直流分量和交流分量解析表達式；基于該表達式，利用誤差反饋控制原理，針對不同情況，設計了未含不平衡算法的恒頻直接功率控制策略和含不平衡算法的恒頻直接功率控制策略；基于這兩種控制策略的系統(tǒng)具有動態(tài)響應快，交流側濾波器參數(shù)易于設計等優(yōu)點。經(jīng)仿真和實驗驗證，電網(wǎng)電壓平衡時，基于兩種控制策略的系統(tǒng)均能滿足電網(wǎng)要求，具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能；電網(wǎng)電壓不平衡時，含不平衡算法的恒頻直接功