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双馈异步风电机组低电压穿越控制策略的研究

钱叶牛  
【摘要】:近年来随着风力发电的快速发展,风电占电网供电比例逐年上升。在欧美一些风能利用较高的国家,如丹麦和美国,2009年底其风电供电比例已分别超过20%和10%。国内一些区域电网,如内蒙古自治区电网,目前这一比例也已达到了12.8%。风电对所连系统的影响越来越明显,为了维持电力系统的稳定运行,各国相继出台了风力发电的运行规范,并要求并网发电的风电机组具有一定的低电压穿越能力。因此,研究风电机组的低电压穿越能力具有重要的理论和现实意义。 本文首先综述了国内外双馈式风电机组低电压穿越控制策略的研究现状,并对比分析了多种研究方法的优缺点。然后比较完整地建立了双馈式风电机组的动态数学模型,并基于该数学模型建立了矢量控制策略。该控制策略包含了定子磁链定向的功率解耦控制策略和定子电压定向的电压解耦控制策略,并进行了仿真分析,结果表明矢量控制时风电机组的低电压穿越能力非常有限。为了进一步提高双馈式风电机组的低电压穿越能力,本文提出了两种新型的控制策略。 一种是应用反馈线性化的非线性控制方法,在双馈式风电机组动态数学模型的基础上,设计的低电压穿越控制策略。该方法首先通过控制目标选定输出函数,形成输入输出非线性系统;然后通过状态反馈线性化和适当的坐标变换将该非线性系统转化为线性可控系统;最后通过线性最优控制方法完成系统控制策略的设计。该控制策略仅与风电机组自身参数有关,提高了控制系统参数的鲁棒性。另一种是应用变结构控制中的滑动模态控制方法设计的低电压穿越控制策略。该方法首先通过选择滑动表面将系统运动过程分成两个阶段,然后结合Lyapunov函数和稳定性定理分别设计了不同阶段的控制策略,并结合起来形成最终的五阶控制策略,最后通过忽略定子磁通量的变化设计出简化的三阶控制策略。在控制策略的设计过程中考虑了外界的干扰、系统参数的不确定性等因数对系统建模的影响,增强了控制的鲁棒性。每种方法都进行了仿真验证分析,结果表明这两种控制策略均具有良好的控制性能,有效地提高了双馈式风电机组低电压穿越控制能力。


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