双馈风电系统的控制方法研究

发布时间：2020-10-20 12:58

　　 在目前的风力发电并网系统中,市场主流的机型有直驱式永磁同步发电机和双馈式感应发电机。其中永磁同步电机的特点是初期硬件投资大,并网控制方法简单易行;而双馈感应电机则是初期硬件投资小,控制方法复杂。本文的主要研究目的在于应用先进控制理论,支持双馈式感应发电机的并网运行,使用改进软件控制算法用以解决风电硬件投资高等问题,并提高双馈式感应发电机的故障穿越能力和无功补偿能力。本文研究的主要工作和创新点如下:(1)针对双馈式感应发电机(DFIG)的故障穿越问题,基于经典的定子磁场定向、功率解耦控制系统,提出一种基于灭磁理论和虚拟阻尼控制的DFIG系统软撬棒控制方法。利用三步预测法和滞环开关检测电网故障的发生,控制灭磁电流的切入切出,并根据电网故障的程度动态调整灭磁电流大小,达到电网电压骤降时,有效减小系统震荡时间,使DFIG系统不离网的同时,又能良好地保护DFIG系统的目的。计算灭磁电流的大小不依赖于系统模型,使DFIG系统的自适应性增强。此外,描述了电网电压故障时带给DFIG系统的危害,理论分析了系统特性,给出了软撬棒控制的理论依据和实施方法,最后通过仿真验证了软撬棒方法的有效性。(2)针对DFIG系统在复杂工况下存在控制效果下降的问题,设计离散二阶自抗扰控制器(ADRC)替换DFIG系统的比例积分(PI)控制器,改善DFIG系统在存在未知扰动,模型失准,参数漂移,设备老化,电网故障等情况下的控制性能。其中,理论分析了二阶ADRC的稳定性,对比了PI控制,一阶ADRC,二阶ADRC控制的优缺点。通过仿真验证,本文所设计的二阶ADRC控制器在存在系统干扰和模型失准的情况下,可以有效的提升DFIG系统的鲁棒性,使DFIG系统保持稳定。(3)提出基于广义预测控制的DFIG功率调节控制方案,增强DFIG调节电网电能质量的能力,提高DFIG系统的无功输出能力。对比并分析了DFIG系统和统一电能质量调节器的控制方法,探讨了DFIG对电网无功补偿的极限。针对DFIG功率分配动态多变量的过程,设计三输入三输出的广义预测控制方案,通过模型预测、滚动优化和反馈校正,有效地提高DFIG的无功补偿能力。仿真对比了多种情况下最大功率点跟踪控制和广义预测控制下的DFIG的无功输出,说明使用广义预测控制可以有效地提高DFIG的无功补偿总量,增强DFIG系统调节电网电能质量的能力。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM614;TP273
【部分图文】：

全球风电新增容量将近６０ＧＷ［８］。２０１８年，全球新增陆上及海上风电装机容??量分别为４５．４ＧＷ和４．３ＧＷ，新增风电装机遍及５３个国家［９】。２０１２－２０１８年??全球累计装机容量以及风电新增装机容量分别如图１＿１和图１－２所示。??７００??５９５．９??６００?５４６．２?國??４８６．８?ｍ??５００?—?￣＇ｌｌ???４００?３７?３６９．９圓疆圓?＿??３００??－?????Ｈ?Ｈ?％??：ｊ?｜?－Ｕ－ｌＥｆ：－??ｌ〇〇?．１．?，１＾１?Ｉ?Ｉ?．?Ｉ?Ｉ．．??２０１２年?２０１３年?２０１４年?２０１５年?２０１６年?２０１７年?２０１８年??图１－１全球风电的累计装机容量图（ＧＷ）??７〇????—從６—．．??■?５９．５??６０??????５４＾?ｋｂ—??５１７?■?＿?Ｉ?４９．７??５０?４５．０?＿??４〇?Ｈ－?３６，０．—￣?Ｈ??３０?—??－ｆｌ????２０?Ｍｚｌｚｉ?Ｉｚｌｚｌ＾??１０?＾??０１１．．．．．．．．．■?．．．．．．Ｉ．．．．?Ｊｍ?Ｍｌ．—．．．．．．．Ｉ．??２０１２年?２０丨３年?２０１４年?２０１５年?２０１６年?２０１７年

？ｒｑ?＝?Ａ?＋?ｆ?＋?ＲｆＶｒｄ?＋?⑴ｓ?ｆ?Ｋｄ??式（２－２９）和式（２－３２）就是ＤＩＦＧ系统的转子侧控制模型，它的结构如??图２－６所示。??＆Ｕ＾?＝?＋?＜〇，?ｙ－ｖ７￣＼?ｈＵ＾?＝?－ａ，ａＬ，ｉ??Ｆ?Ｈ?卜??：－＾ｓ）￣￣｛ｐｎ??＾一－？?ＰＩ?——ＰＩ??？?Ｊｑ＇ａＰ??，?ＳＷＷＭ?￣＾?侧－Ｉ器??＾?／ｒｄ?￣￣￣￣????〇Ａ???????（Ｊ（ｊｌａ０?＜?—??ｚｂｄａＰ??ｘ＿＿?ｄ／ｄｒ?＾＇?，?Ｍ＜ｎｂ?？?■?“，－ｂ－ｃ－??Ｖ＜－ｙ＋?Ｉ?计算沒、妒?ａｂｃ／ａ／？???????—?＾???，，Ｓｎｂ???／ｓａｂｃ??计算Ｐ、。?????图２－６?ＤＦＩＧ转子侧变流器（ＲＳＣ）控制结构图??２．４．２网侧变流器控制模型??网侧变流器控制模型与转子侧类似

共有１２项必须攻克的技术要素，才能避免故障穿越对电力系统的不??利影响，从而维持电力系统的稳定运行。不同国家电网风电机组的低电压穿??越标准详见图３－１所示，而表３－１展示了技术要求的具体指标。??．?德闺?中国?丹麦?英ＩＳ?西班牙?法田?美圈??￥?二一?????Ｅ＂！?／?７?？??ｉ－．ｚ：－??蚪?／?广一厶矣—??广??ｎｄ?！／?＜／／?／??ｉｔｉ＼?＾?／?Ｚ??！：．．卜￣’／’??；；卜丨?’??＾?＾?．．．．．．．Ｊｋ?ｊ３???Ｉ?ｌ?｜?ｓ?Ｌ?ｌ?｝?ｉ?！?｜?｜?｜?｜?［?ｊ?ｉ?｛???９?：ｍ?－ｗｏ?ｍ?ｍｔ?ｉｍ?ｉ＿?？为期?２＿？?２４？?ｊｍｗ?，ｖｍ?３２？？＞??时＿（肪）??图３－１各国风力发电系统低电压穿越标准ｌ１３７ｌ??－２９??
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本文编号：2848709