雙饋風電機組直接諧振與無鎖相環(huán)運行控制研究.pdf

1、全球能源發(fā)展的新趨勢，帶來了風能資源發(fā)電的快速發(fā)展，其中風力發(fā)電的發(fā)展尤為矚目。基于雙饋感應電機(DFIG)的雙饋發(fā)電機組因其變流器容量小、設備成本低等優(yōu)勢，而成為風力發(fā)電的主流機型。然而，在非理想電網(wǎng)環(huán)境下，傳統(tǒng)只具備工頻電流處理能力的DFIG機組，逐漸暴露出運行適應性不足、輸出電能質(zhì)量不達標等諸多技術(shù)局限，難以滿足風電并網(wǎng)標準的相關(guān)技術(shù)指標。同時，不平衡電壓作為常見的非理想電網(wǎng)環(huán)境，對DFIG機組造成影響最為普遍、顯著。因此，適用于

2、不平衡電壓環(huán)境的DFIG機組高性能控制方案，具有十分重要的研究價值和應用前景。本文以不平衡電壓下DFIG機組的主動適應運行、輸出電能質(zhì)量治理技術(shù)需求為契機，系統(tǒng)深入地研究了DFIG機組運行控制中電流指令配置與跟蹤、電壓同步信號提取的關(guān)鍵技術(shù)問題，并分別從無相序分離和負序電流配置的直接諧振控制、無鎖相環(huán)直接功率控制和無鎖相環(huán)并網(wǎng)端電流控制三方面給出了應對措施。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出基于直接諧振的矢量控制方案。該方案利用諧振

3、控制器直接對呈現(xiàn)交直流耦合形式的電流、功率、轉(zhuǎn)矩等電磁信號構(gòu)造諧振閉環(huán)，以實施對其中指定頻率交流信號的無靜差閉環(huán)調(diào)節(jié)，消除指令電流配置與電流跟蹤所需的電壓和電流相序分離，并解決了矢量控制對電壓和電流相序分離的依賴問題。進而，以直接諧振控制為基礎，研究了不平衡電壓下DFIG機組的機側(cè)、網(wǎng)側(cè)變流器基于SOGI直接諧振的獨立矢量控制和基于ROGI直接諧振的協(xié)同矢量控制，實現(xiàn)了DFIG機組雙變流器的獨立適應運行與輸出電能質(zhì)量的協(xié)同治理運行。⑵提

4、出基于直接諧振和無鎖相環(huán)的直接功率控制方案。該控制方案基于預設旋轉(zhuǎn)角頻率的無鎖相環(huán)技術(shù)，以預設旋轉(zhuǎn)角頻率ω1=100π rad/s和相位θ1=ω1t為旋轉(zhuǎn)基準構(gòu)建虛擬同步旋轉(zhuǎn)坐標系，并利用虛擬同步旋轉(zhuǎn)坐標系替代以鎖相環(huán)為基準的實際同步旋轉(zhuǎn)坐標系，則可避免在控制系統(tǒng)中嵌入鎖相環(huán)，解決了由鎖相環(huán)所引起控制系統(tǒng)低頻振蕩、甚至失穩(wěn)的潛在問題。然后，以無鎖相環(huán)直接功率控制和直接諧振控制為基礎，針對電網(wǎng)頻率突變與不平衡電壓，在無需相序分離與提取的前

5、提條件下，實現(xiàn)DFIG機組暫態(tài)磁鏈的衰減與負序電流的控制，并主動治理DFIG機組輸出電能質(zhì)量。⑶提出基于直接諧振和無鎖相環(huán)的并網(wǎng)端電流控制方案。該控制方案基于瞬時功率理論，可在無需電機參數(shù)的前提條件下完成指令電流配置，然后在虛擬同步旋轉(zhuǎn)坐標系中構(gòu)造雙饋發(fā)電機和網(wǎng)側(cè)變流器的并網(wǎng)輸出端電流控制閉環(huán)，解決了電流閉環(huán)控制對電機參數(shù)高度依賴的技術(shù)難題，并實現(xiàn)對其并網(wǎng)輸出電流的精確控制。其次，以無鎖相環(huán)并網(wǎng)端電流控制方案為基礎，提出了一種無參數(shù)依賴