發(fā)布時間：2020-05-08 03:44

【摘要】：風(fēng)能作為一種清潔、可再生的新能源引起了越來越多的關(guān)注,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的不斷進步與成熟,依靠功率變換器的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組逐漸成為主流機型。孤網(wǎng)獨立運行是一種重要的發(fā)電模式,主要是針對常規(guī)電網(wǎng)未能覆蓋的地區(qū)。另外,微網(wǎng)和分布式發(fā)電的概念也要求當(dāng)電網(wǎng)故障時,區(qū)域內(nèi)的分布式電源能夠保證持續(xù)不間斷地為獨立負(fù)載供電。雙饋發(fā)電機(DFIG)是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展方向之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。無刷雙饋發(fā)電機(BDFIG)繼承了雙饋發(fā)電機(DFIG)的優(yōu)點:不使用永磁材料,而且可以用較小容量的變換器實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運行,因此成本低廉。BDFIG解決了DFIG轉(zhuǎn)子存在集電環(huán)電刷的弊端,取消了轉(zhuǎn)子集電環(huán)電刷,電機結(jié)構(gòu)更堅固、生產(chǎn)維護成本低,能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境;而且具有優(yōu)良的低壓穿越能力,更易于滿足風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)程;但BDFIG內(nèi)部電磁關(guān)系復(fù)雜,控制難度很大,目前還存在許多有待解決的控制難題。本文以BDFIG為研究對象,以變速恒頻孤網(wǎng)獨立運行需求為契機,以突變、不平衡、非線性等非理想負(fù)載情況下的運行控制技術(shù)為主題,結(jié)合理論分析、控制策略推導(dǎo)、仿真和試驗驗證,進行全面、深入的研究,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點為:分析了孤網(wǎng)獨立運行系統(tǒng)BDFIG機端電壓驟變時的動態(tài)特性,指出BDFIG電機PW定子機端電壓驟變會產(chǎn)生的PW定子磁鏈抬升的正序分量、自由分量、負(fù)序分量,導(dǎo)致在CW定子中感應(yīng)出較高的反電動勢,危害孤網(wǎng)獨立運行系統(tǒng)的運行穩(wěn)定可靠性,影響電能質(zhì)量。研究獨立運行BDFIG基于矢量控制的CW定子電流指令配置與精準(zhǔn)快速跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)問題。提出基于模型預(yù)測控制的無差拍CW定子電流基波及諧波統(tǒng)一控制策略,根據(jù)前一個采樣周期的誤差和模型參數(shù)直接計算下一個采樣周期的參考以消除瞬態(tài)誤差,提高動態(tài)響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,引入積分和指定次廣義積分分別補償電流基波和指定次諧波分量的穩(wěn)態(tài)精度,提升PW定子機端電壓電能質(zhì)量。此外,基于矢量控制提出了一種定頻式有限狀態(tài)模型預(yù)測CW定子電流控制,根據(jù)CW定子電流模型預(yù)測評估基本開關(guān)狀態(tài)表每個電壓矢量開關(guān)狀態(tài)對CW定子電流的影響,并通過最小化價值函數(shù),選擇和計算每個周期內(nèi)最佳開關(guān)矢量序列的作用時間,保證了恒定開關(guān)頻率,實現(xiàn)了CW定子電流的精準(zhǔn)快速控制。研究獨立運行系統(tǒng)BDFIG基于直接控制PW定子電壓和磁鏈指令配置與精準(zhǔn)快速跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)問題。提出了基于滑�？刂频腜W定子電壓和磁鏈基波及諧波統(tǒng)一控制方法,改善魯棒性和瞬態(tài)響應(yīng),進一步的采用積分結(jié)合指定次廣義積分諧振滑模面消除基波及指定次諧波分量的瞬態(tài)誤差,提高跟蹤精度,并且引入邊界層消除抖振現(xiàn)象。實現(xiàn)了PW定子機端電壓的精準(zhǔn)快速控制。重點研究一種獨立運行系統(tǒng)BDFIG矢量控制與直接控制的復(fù)合控制方案,采用矢量控制方法控制BDFIG基波分量,配置CW定子電流參考及限幅;采用模型預(yù)測無差拍電流控制結(jié)合積分補償,實現(xiàn)CW定子電流的精準(zhǔn)快速跟蹤;采用直接控制方法控制PW定子電壓或磁鏈負(fù)序和諧波分量,構(gòu)造改進的滑模直接諧振控制環(huán),作為對PW定子電壓或磁鏈負(fù)序以及諧波分量的反饋補償,兼顧了機端電壓的穩(wěn)態(tài)控制精度和瞬態(tài)響應(yīng)性能。設(shè)計了BDFIG仿真和實驗系統(tǒng),仿真和實驗結(jié)果證明了本文提出的控制策略的可行性和有效性。
【圖文】：

全球風(fēng)力發(fā)電裝機容量及其未來預(yù)測

圖 1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制體系[3-4]如圖 1.3 所示，，具有三個基本控制層面，需要兼顧并網(wǎng)和離網(wǎng)獨立運行與功率變換，風(fēng)能吸收與載荷抑制、電網(wǎng)故障情況下的穩(wěn)定運行與保護等多方面的控制目標(biāo)協(xié)調(diào)控制。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM31

【參考文獻】

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本文編號：2654061