發(fā)布時(shí)間：2020-05-08 03:44

【摘要】：風(fēng)能作為一種清潔、可再生的新能源引起了越來越多的關(guān)注,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步與成熟,依靠功率變換器的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐漸成為主流機(jī)型。孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行是一種重要的發(fā)電模式,主要是針對常規(guī)電網(wǎng)未能覆蓋的地區(qū)。另外,微網(wǎng)和分布式發(fā)電的概念也要求當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí),區(qū)域內(nèi)的分布式電源能夠保證持續(xù)不間斷地為獨(dú)立負(fù)載供電。雙饋發(fā)電機(jī)(DFIG)是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展方向之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。無刷雙饋發(fā)電機(jī)(BDFIG)繼承了雙饋發(fā)電機(jī)(DFIG)的優(yōu)點(diǎn):不使用永磁材料,而且可以用較小容量的變換器實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行,因此成本低廉。BDFIG解決了DFIG轉(zhuǎn)子存在集電環(huán)電刷的弊端,取消了轉(zhuǎn)子集電環(huán)電刷,電機(jī)結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固、生產(chǎn)維護(hù)成本低,能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境;而且具有優(yōu)良的低壓穿越能力,更易于滿足風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)程;但BDFIG內(nèi)部電磁關(guān)系復(fù)雜,控制難度很大,目前還存在許多有待解決的控制難題。本文以BDFIG為研究對象,以變速恒頻孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行需求為契機(jī),以突變、不平衡、非線性等非理想負(fù)載情況下的運(yùn)行控制技術(shù)為主題,結(jié)合理論分析、控制策略推導(dǎo)、仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)行全面、深入的研究,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)為:分析了孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)BDFIG機(jī)端電壓驟變時(shí)的動(dòng)態(tài)特性,指出BDFIG電機(jī)PW定子機(jī)端電壓驟變會產(chǎn)生的PW定子磁鏈抬升的正序分量、自由分量、負(fù)序分量,導(dǎo)致在CW定子中感應(yīng)出較高的反電動(dòng)勢,危害孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠性,影響電能質(zhì)量。研究獨(dú)立運(yùn)行BDFIG基于矢量控制的CW定子電流指令配置與精準(zhǔn)快速跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)問題。提出基于模型預(yù)測控制的無差拍CW定子電流基波及諧波統(tǒng)一控制策略,根據(jù)前一個(gè)采樣周期的誤差和模型參數(shù)直接計(jì)算下一個(gè)采樣周期的參考以消除瞬態(tài)誤差,提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,引入積分和指定次廣義積分分別補(bǔ)償電流基波和指定次諧波分量的穩(wěn)態(tài)精度,提升PW定子機(jī)端電壓電能質(zhì)量。此外,基于矢量控制提出了一種定頻式有限狀態(tài)模型預(yù)測CW定子電流控制,根據(jù)CW定子電流模型預(yù)測評估基本開關(guān)狀態(tài)表每個(gè)電壓矢量開關(guān)狀態(tài)對CW定子電流的影響,并通過最小化價(jià)值函數(shù),選擇和計(jì)算每個(gè)周期內(nèi)最佳開關(guān)矢量序列的作用時(shí)間,保證了恒定開關(guān)頻率,實(shí)現(xiàn)了CW定子電流的精準(zhǔn)快速控制。研究獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)BDFIG基于直接控制PW定子電壓和磁鏈指令配置與精準(zhǔn)快速跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)問題。提出了基于滑模控制的PW定子電壓和磁鏈基波及諧波統(tǒng)一控制方法,改善魯棒性和瞬態(tài)響應(yīng),進(jìn)一步的采用積分結(jié)合指定次廣義積分諧振滑模面消除基波及指定次諧波分量的瞬態(tài)誤差,提高跟蹤精度,并且引入邊界層消除抖振現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)了PW定子機(jī)端電壓的精準(zhǔn)快速控制。重點(diǎn)研究一種獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)BDFIG矢量控制與直接控制的復(fù)合控制方案,采用矢量控制方法控制BDFIG基波分量,配置CW定子電流參考及限幅;采用模型預(yù)測無差拍電流控制結(jié)合積分補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)CW定子電流的精準(zhǔn)快速跟蹤;采用直接控制方法控制PW定子電壓或磁鏈負(fù)序和諧波分量,構(gòu)造改進(jìn)的滑模直接諧振控制環(huán),作為對PW定子電壓或磁鏈負(fù)序以及諧波分量的反饋補(bǔ)償,兼顧了機(jī)端電壓的穩(wěn)態(tài)控制精度和瞬態(tài)響應(yīng)性能。設(shè)計(jì)了BDFIG仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的控制策略的可行性和有效性。
【圖文】：

全球風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量及其未來預(yù)測

圖 1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制體系[3-4]如圖 1.3 所示，，具有三個(gè)基本控制層面，需要兼顧并網(wǎng)和離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行與功率變換，風(fēng)能吸收與載荷抑制、電網(wǎng)故障情況下的穩(wěn)定運(yùn)行與保護(hù)等多方面的控制目標(biāo)協(xié)調(diào)控制。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2654061