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双馈并网风力发电机预测直接功率控制的研究

俞晓丽  
【摘要】:随着社会与经济的高速发展,常规能源日趋紧缺,大力发展风能等可再生能源是可持续能源战略发展的必然趋势。风力发电系统中,双馈感应发电机(DFIG)由于成本低、体积小,不存在永磁材料中的退磁隐患等原因成为风电系统中的主流机型。近年来,直接功率控制(DPC)因为控制简单、解耦性好、动态响应快、鲁棒性强等优点越来越受到关注。本论文对DFIG系统的预测直接功率控制(P-DPC)做了研究,研究的主要内容概括如下: 本文将DFIG的控制分为网侧变换器(GSC)控制和转子侧变换器(RSC)控制两个单独的部分。首先,介绍了传统查表法直接功率控制(LUT-DPC),这种方法控制结构简单、动态响应快,但是电流谐波含量大,开关频率不固定。针对这个问题,预测直接功率控制对传统直接功率控制做了改进,本文分别研究了三矢量预测直接功率控制(TV-PDPC)和预测功率优化控制(PPOC),这两种方法都是以有功和无功功率误差最小为目标函数进行控制,TV-PDPC直接计算空间电压矢量的作用时间,而PPOC则计算SVPWM的最优空间矢量来实现控制目标。这两种预测控制都大大减小了电网电流的谐波含量,实现了开关频率的固定。对于DFIG的并网控制,采用直接虚功率控制(DVPC),该方法利用虚拟的有功无功功率代替并网前恒定为零的定子有功无功功率,形成反馈通道。该方法定子电压与电网电压能很快同步,并网过程平滑,定转子基本无冲击电流,满足软并网的要求。 电网电压不平衡时,有功无功功率虽然能保持恒定,但是此时电流谐波含量大,不符合电网相关规定。本文针对不平衡电网条件下的直接功率控制,改进了算法。这种改进方法控制简单,只需要提取负序电压与正序电流,避免了提取负序电流,不需要改变控制结构,可以与电网电压平衡时共用一套控制结构。 最后,通过MATLAB/Simulik仿真软件和dSPACE实验平台对以上理论分析以及控制策略进行了仿真和部分实验验证,仿真和实验结果表明所提到的预测直接功率控制具有良好的稳、动态性能,验证了所研究算法的正确性和可行性。


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