直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機在不平衡電網(wǎng)電壓下的控制.pdf

1、隨著直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機組容量的不斷增加，它對電網(wǎng)的重要性也日益明顯，直接影響到所并電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，因此，電網(wǎng)運營商從電網(wǎng)安全角度出發(fā)，提出了風(fēng)電機組在外部電網(wǎng)故障時還應(yīng)有不脫網(wǎng)運行（穿越）能力。目前，我國現(xiàn)有的直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機組控制僅局限于平衡電網(wǎng)下運行，但真實的電網(wǎng)時刻有可能存在著電壓瞬變及不對稱故障。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機組變速恒頻運行采用理想大電網(wǎng)條件下的控制策略，不能適應(yīng)我國風(fēng)電機組一般所并弱電網(wǎng)的現(xiàn)實，也不能從

2、控制上保證風(fēng)電系統(tǒng)的運行安全，因此，必須建立適應(yīng)故障穿越的控制新模型，確立新的控制策略和技術(shù)。在此背景下，本文選擇直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機為研究對象，將對直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)在不平衡電網(wǎng)電壓下的運行與控制進行研究。
　　 本文利用空間矢量法建立了直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型，然后在此模型基礎(chǔ)上研究了電網(wǎng)電壓正常時，電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)小值不平衡電網(wǎng)電壓時與電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障所引起的大值不平衡電網(wǎng)電壓時的直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機控制策略。<

3、br>　　 本文以湘潭電機股份有限公司(XE-82型)2MW永磁同步風(fēng)力電機為例，對不平衡電網(wǎng)電壓下永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的運行與控制技術(shù)進行了仿真分析，同時以2kW背靠背雙PWM變流器為例進行了實驗分析，實現(xiàn)了采用背靠背全功變流器直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機在小值與大值不平衡電網(wǎng)電壓下的運行控制，仿真與實驗表明本文所提的控制策略運用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的故障運行時可行的，對實現(xiàn)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機不對稱故障穿越具有參考意義，本文主要研究內(nèi)容和

4、創(chuàng)新性的成果如下:
　　 (1)在直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上研究了電網(wǎng)電壓正常時適用于該系統(tǒng)的一種穩(wěn)態(tài)控制策略并進行了仿真驗證。為進一步研究直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機在電網(wǎng)異常條件下的運行與控制奠定了基礎(chǔ)。通過在直流側(cè)母線側(cè)加入能量泄放環(huán)節(jié)在仿真中實現(xiàn)了電網(wǎng)電壓對稱跌落至額定電壓20％工況下的穿越運行。
　　 (2)通過對內(nèi)置式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，本文提出了一種新型的通用型滑模觀測模型，既適用于

5、Ld=Lq的情況，又適用于Ld≠Lq的情況。并從觀測系統(tǒng)中影響位置觀測精度的因素出發(fā)，對觀測器中濾波器的選擇與角度補償?shù)脑瓌t進行較深入分析，并進行了仿真驗證來證明所提算法的正確性。
　　 (3)對在正負(fù)序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下正序電流與負(fù)序電流分別采用PI控制器與在正序同步坐標(biāo)系下采用比例積分諧振控制器兩種抑制小值不平衡電網(wǎng)電壓下并網(wǎng)電流中的負(fù)序含量的方法進行了詳細(xì)的對比研究。提出一種機側(cè)變流器電流控制策略來抑制在小值不平衡電網(wǎng)電壓下

6、直流側(cè)母線電壓2倍電網(wǎng)頻率波動引起機側(cè)變流器轉(zhuǎn)矩2倍電網(wǎng)頻率脈動。
　　 (4)提出了在電網(wǎng)電壓發(fā)生不對稱跌落故障時的邏輯控制，通過理論分析，將直流側(cè)能量泄放回路分別與網(wǎng)側(cè)變流器正負(fù)序電壓分別定向正負(fù)序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系正負(fù)序雙電流環(huán)控制策略、正負(fù)序電壓分別定向正序坐標(biāo)系采用PI-RES控制器單電流環(huán)矢量控制策略以及本文提出的基于比例積分諧振控制器的空間矢量調(diào)制直接功率控制策略相結(jié)合實現(xiàn)了不平衡度超過50％的不對稱故障穿越。