直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)變換器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源短缺的重要途徑，越來越受到世界各國(guó)的重視。在當(dāng)今兩種主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型中，直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，發(fā)電效率較高，以及運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代大型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組主要的發(fā)展方向之一。本論文主要針對(duì)直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)變換器的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究。論文所取得的主要成果如下：
　　 ①?gòu)南到y(tǒng)的角度對(duì)直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。比較了幾種最大風(fēng)能跟蹤控制的典型算法，結(jié)

2、合永磁同步風(fēng)電機(jī)組的功率-轉(zhuǎn)速特性，基于功率信號(hào)反饋控制，給出了一種適用于該型機(jī)組的最大風(fēng)能跟蹤控制算法。建立了一臺(tái)2MW直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組的系統(tǒng)仿真模型，仿真驗(yàn)證了所建系統(tǒng)仿真模型的合理性和最大風(fēng)能跟蹤控制算法的正確性。
　　 ②詳細(xì)分析了采用傳統(tǒng)控制策略時(shí)全功率并網(wǎng)變換器直流側(cè)電壓波動(dòng)機(jī)理，提出了電網(wǎng)側(cè)變換器和電機(jī)側(cè)變換器的協(xié)調(diào)控制策略實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓正常情況下直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。該控制策略將永磁同步發(fā)電機(jī)輸出有功功率信息納入電

3、網(wǎng)側(cè)變換器的控制當(dāng)中，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候及時(shí)調(diào)整網(wǎng)側(cè)有功電流分量，從而保證輸入至電網(wǎng)的有功功率能夠及時(shí)跟蹤永磁同步發(fā)電機(jī)輸出有功功率的變化。通過仿真及實(shí)驗(yàn)，證明了所提控制策略的正確性和有效性。
　　 ③為優(yōu)化額定風(fēng)速以上直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組的功率輸出，提出利用機(jī)組巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)協(xié)調(diào)永磁同步發(fā)電機(jī)的功率控制和變槳距控制，平抑直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的功率輸出波動(dòng)。結(jié)合低于額定風(fēng)速時(shí)基于轉(zhuǎn)速反饋的最大風(fēng)能跟蹤控制，進(jìn)一步提出了

4、全風(fēng)況下直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組的雙模功率控制策略。仿真對(duì)比結(jié)果表明，采用提出的雙模功率控制策略，直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組的有功功率輸出更為平穩(wěn)。
　　 ④分析了電機(jī)參數(shù)誤差對(duì)矢量控制系統(tǒng)的影響。為有利工程實(shí)際應(yīng)用，提出一種簡(jiǎn)單有效的永磁同步電機(jī)參數(shù)在線辨識(shí)算法。該算法利用因參數(shù)誤差導(dǎo)致的補(bǔ)償電壓項(xiàng)-電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出，迅速、準(zhǔn)確地確定出待辨識(shí)參數(shù)值。仿真和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，控制系統(tǒng)穩(wěn)定后，電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出為零，大大減輕了電流環(huán)

5、PI調(diào)節(jié)器的負(fù)擔(dān)，有利于提高兆瓦級(jí)永磁同步發(fā)電機(jī)的控制性能。
　　 ⑤建立了不平衡電網(wǎng)電壓條件下的電網(wǎng)側(cè)變換器模型，分析了并網(wǎng)電抗器上功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)側(cè)變換器不對(duì)稱控制策略的影響。提出了一種增強(qiáng)的直流側(cè)電壓控制策略，抑制小值電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)直流側(cè)電壓的2倍頻波動(dòng)。網(wǎng)側(cè)電流指令的求解避免了復(fù)雜的矩陣變換，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。仿真結(jié)果表明：相對(duì)于采用傳統(tǒng)平衡控制策略的方案而言，增強(qiáng)的直流側(cè)電壓控制策略能夠有效的抑制直流側(cè)電壓的2倍頻波動(dòng)，網(wǎng)

6、側(cè)有功功率波動(dòng)幅度也相對(duì)減小；同時(shí)降低了注入至電網(wǎng)的電流總諧波含量。
　　 ⑥以電網(wǎng)不對(duì)稱故障為研究重點(diǎn)，計(jì)及并網(wǎng)電抗器上的功率波動(dòng)，并考慮電網(wǎng)電流的限制，按照網(wǎng)側(cè)有功功率無2倍頻波動(dòng)為控制目標(biāo)，提出了采用直流側(cè)電壓弱控制的電網(wǎng)側(cè)變換器的改進(jìn)控制策略。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了適用于直驅(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組的故障穿越運(yùn)行控制策略。該故障穿越控制策略無需借助額外的硬件保護(hù)電路，根據(jù)電網(wǎng)故障導(dǎo)致的電網(wǎng)電壓跌落深度，同步降低永磁同步發(fā)電機(jī)輸