双馈风力发电系统控制策略研究

【摘要】：论文以双馈风力发电系统及其运行控制技术为研究主题。对双馈风力发电系统的矢量控制、直接功率控制、最大风能跟踪控制、柔性并网控制和不平衡电网电压条件下的故障穿越控制技术进行了从理论到实践、从仿真到实验的深入研究。主要研究内容和结论如下： 1.建立了理想电网电压下双馈感应发电机(DFIG)及其励磁变换器的数学模型，为双馈风力发电系统控制策略的研究提供了理论依据。 2.研究了双馈风力发电系统励磁变换的网侧变换器、转子侧变换器及DFIG矢量控制策略。设计了基于电网电压定向的网侧变换器矢量控制策略；设计按定子电压定向的DFIG矢量控制策略，对DFIG转速控制模式和功率控制模式矢量控制策略进行了比较研究。通过仿真和实验研究验证了控制策略的可行性和有效性。 3.在DFIG直接功率控制的研究中，对基于开关表的滞环控制DFIG直接功率控制(HC-DPC)策略和基于空间矢量调制的直接功率控制(SVM-DPC)策略进行了仿真、实验对比研究。 4.提出了功率反馈法MPPT控制策略的改进方案，采用实验方法获得DFIG定子最佳功率—转速曲线，并将其应用于基于最佳功率给定的MPPT控制策略，避免了复杂的最佳功率实时计算；提出了一种不依赖风机参数和空气密度的变步长最大风能跟踪控制算法，其步长根据风力机当前运行点与该风速下最大功率点的相对位置自动调节，使风力机能快速、准确达到最佳工作点。 5.研究了DFIG并网投入控制策略。设计了基于电网电压定向的空载并网投入控制策略。仿真和实验验证了设计的并网投入控制策略能顺利实现DFIG的柔性并网。 6.对电网电压不平衡条件下的DFIG矢量控制策略进行研究。详细推导电网电压不平衡条件下DFIG的动态数学模型；研究了DFIG基于正、反转同步旋转坐标系的双dqPI电流控制策略和基于正转同步旋转坐标系的比例积分谐振(PIR)控制策略；在不同电网故障条件下，对两种控制策略进行仿真研究，并对两种控制策略的性能进行对比研究。验证了两种控制策略的有效性和PIR控制的优越性。 7.设计了DFIG励磁变换器和直流机模拟风力机系统的主电路和控制电路，编写了控制软件，构建了双馈风力发电系统实验平台。在搭建的实验平台上完成控制策略的实验验证。