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不平衡电网条件下双馈异步电机优化控制研究

岳彦哲  
【摘要】:风能作为清洁能源和可再生能源的重要形式之一,在国家能源调整和改革中越来越表现出其重要性。对于双馈电机本身双向馈电结构特性所拥有的优势,其广泛应用到风电领域方向。如今,双馈异步电机在电网电压平衡条件下的研究有了较多成果,但在适应到各种不同的实际环境中,经常会发生电网电压和负载不平衡状态等,会对各个控制目标参数带来巨大影响。本文先从电网电压平衡下的传统双闭环方法到不平衡状况下简单的补偿电流控制进行了深入的分析和探究,在不平衡电网电压下,对转子侧和网侧的不同控制目标波动的抑制或减弱补偿,通过理论仿真模型和实际试验对这种补偿理论进行了分析和验证。首先,对电网平衡状态下的双馈电机的转子侧和网侧变流器的等效数学模型进行了理论分析和推到,描述了转子侧采用常规双闭环定子电压定向和网侧运用双闭环电网电压定向的控制方法,通过上述的理论搭建转子侧和网侧变流器控制策略的rnatlab/simulink仿真模型。在电网电压不平衡情况下,对转子侧和网侧变流器的等效电路模型进行数学建模,分析出现电磁量(电压、电流或磁链等)二倍频波动的原因,提出了一种新型简单的补偿控制策略,这种补偿方法提高了不平衡电网条件下双馈异步风力发电机系统的动态性能,能够有效抑制或减弱转子侧和网侧变流器各个控制目标的脉动。论文最后还提出改进的双二阶广义积分器的锁频环原理结构,通过运用新型的正交发生器结构后,能够消除三相电网电压采样中的零漂,锁频环的性能得到了提高。最后,本文搭建了一套双馈异步发电机转子侧实验平台,在该平台上首先验证了其常规转速环运行,从亚同步、同步到超同步的过程。再者,实验还进行了在平衡电网电压下有功和无功功率解耦控制,实验的最终结果表明转子侧控制系统的稳定性以及可实施性。最终,通过单相电压串接功率电阻来模拟电网电压不平衡跌落,在运行过程中加入电流补偿控制算法后,双馈电机系统的有功和无功功率等控制目标波形的震荡得到了有效的抑制或消弱。


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