双馈风力发电系统变流器控制策略研究

发布时间：2020-04-02 00:14

【摘要】：变速恒频双馈风力发电机以其很高的能量转换效率及良好的电能质量等特点,已经成为目前风电市场中备受青睐的机型。双馈风力发电系统的控制研究也一直都是国内外研究的热点,其中双馈风电系统运行控制的核心是对其变流器的控制。为了充分发挥双馈系统两侧变流器的灵活性以及保证供电系统的稳定,同时为避免传统矢量控制过于依赖电机参数的问题,本文对双馈系统变流器的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)策略进行研究。主要内容为:首先,本文充分了解国内外风电行业的发展状况以及趋势,然后对目前双馈风电系统中风力机的最大风能捕获控制策略以及发电机变流器的控制策略进行了详细分析。其次,本文分析了双馈风力发电系统跟踪机理及双馈感应发电机(Doubly-fed Induction generator,DFIG)在三相静止坐标系下的数学模型。为了简化控制,推导出了DFIG在两相同步旋转坐标系下的数学模型,为其功率控制提供基础。然后,本文将滑模控制应用于双馈机侧变流器的直接功率控制系统中。针对滑模控制的抖振问题进行改进,本文设计了采用新型趋近律的滑模控制器。该方法削弱了系统对参数的依赖,实现了DFIG定子侧功率的快速跟踪以及平滑控制。最后通过仿真验证了该控制器具有快速的功率跟踪性能,有效地平滑了功率波动,并具有良好的鲁棒性。最后,由于网侧变流器的稳定运行是机侧变流器对DFIG进行功率控制的基础,为了保证单位功率因数并网以及直流母线电压的稳定,本文对双馈网侧变换器的进行直接功率控制,并对直流母线电压进行控制,采用新型滑模趋近率的滑模控制,实现了网侧变流器功率的平滑控制以及系统的稳定运行。最后通过仿真验证了该控制器有效地稳定了直流母线电压,平滑了网侧变流器功率波动,并具有良好的鲁棒性。
【图文】：

年至今的全球装机容量可以看出其发展势头强劲[2]，如图 1.1 所示。a 累计装机容量b 年度装机容量图 1.1 2001-2017 年全球装机容量Fig. 1.1 Global installed capacity in 2001-2017由图 1.1 b 可以看出，2015 年以后，新增装机容量有所下降，这是由于全球风电产业正在向完全以商业为基础的经营模式过渡，正在经历一段调整和整合时期，，同时风力发电技术也在处于一个过渡过程，研究可以使风力发电控制系统更利于生产实践的沈阳工业大学硕士学位论文

2017 年中国新增的风力发电装机容量约 19,660 MW，引领全球市场；并使中国累计装机容量达到新高—188693MW，较比 2016 年增长了 11.7%，如图 1.2 所示。而且中国海上风能产业也正在崛起，较 2016 年增长 87%。因此，在中国，风力发电更具有良好的市场前景。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM315

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本文编号：2611161