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双馈风力发电系统故障穿越的控制策略研究

邱时严  
【摘要】:风能作为一种取之不尽,环境友好的清洁可替代能源,已经成为我国电力系统增长最快的绿色能源,大规模风电并网对电网的稳定性影响已不容忽视,风力发电的技术及产业则成为当前电工技术研究及机电产品生产的热点方向。而双馈式风电机组由于其优良的运行特性和拓扑结构而被广泛应用。因此,本文针对双馈风电系统的控制策略和其故障穿越进行研究,主要工作如下:(1)通过对国内外风力发电的发展现状的阐述和分析,提出研究风电并网控制策略的重要性。简要介绍了采用变速恒频运行技术的双馈异步风力发电系统和永磁直驱型同步发电机风力发电系统的构成及特点。重点对双馈异步风力发电变换器控制策略进行介绍,提出了基于滑模变结构控制的改进控制策略。(2)详细分析了双馈异步风力发电机(DFIG)和双PWM变换器的运行原理,研究双馈风力发电系统的结构,搭建DFIG及其控制系统的数学模型。基于matlab/simulink搭建了DFIG风机系统并网模型,DFIG网侧变换器采用基于电网电压定向矢量控制,转子侧变换器采用基于定子电压定向的矢量控制,研究在传统PI控制策略下,DFIG空载并网和实现最大风能追踪的情况。(3)研究滑模变结构控制策略在提升双馈风力发电系统运行性能上的作用,提出一种基于指数趋近律的滑模变结构控制策略,分析计算了不同控制对象的控制率,在所建立的双馈风力发电系统SIMULINK仿真模型上对滑模变结构控制在双PWM变换器控制、MPPT控制和空载并网控制上的应用进行系统性研究,并和PI控制方法进行对比,分析两种控制策略下的DFIG动态响应,比较仿真结果,得出:DFIG在基于滑模变结构控制的矢量控制相比于基于PI控制的矢量控制,控制结构更为简化,而且提高了系统的响应速度、控制精度和鲁棒性,具有一定的有效性和可行性。(4)研究双馈风力发电系统在计及定子磁链动态过程的低电压穿越改进控制策略的基础上,评估DFIG采用高阶滑模变结构控制策略和传统PI控制在电网电压跌落运行状态下的暂态行为,比较结果表明:采用滑模变结构控制策略比传统PI控制更利于DFIG实现低电压穿越。


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