电网电压不平衡下双馈风电系统控制策略研究

摘要

目前，风力发电技术作为新能源发电技术的重要组成部分，对于未来智能电网以及微网的建设都具有重大的推动意义。因此，风力发电技术的优劣直接关系到未来电网能否做到稳定、安全、高效的运行，以及实现环境友好的目标。本文以双馈发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)为研究对象，分析其工作原理，搭建DFIG风电系统的数学模型。DFIG系统采用背靠背式电压型变换器，包括转子侧变换器(Rotor Side Converter,RSC)和网侧变换器(Grid Side Converter,GSC)，根据其控制目标的不同搭建不同控制策略。
　　首先，针对RSC控制策略。当电网电压稳定时，采用基于功率给定的定子电压定向矢量控制策略，可有效实现P-Q的解耦和最大风能追踪。当电压出现小幅度降落时，考虑到电网电压的波动分量，搭建计及电压波动的改进控制策略，以实现无功参与电压调整的目的。在电网电压平衡的控制策略基础之上，当电网电压出现严重不平衡时，分析DFIG中各个电磁量中存在二倍频交流分量，通过引入广义积分器对传统锁相环进行改进，改进的锁相环可实现对频率和相角的准确检测。传统PI控制器无法对二倍频分量进行有效抑制，因此采用基于比例-积分-谐振控制器的改进控制策略，仿真结果表明控制策略可有效消除DFIG中各个电磁量的二倍频交流分量，从而实现DFIG不脱网运行。
　　其次，针对GSC控制策略。采用基于电网电压定向的矢量控制策略，搭建电压电流的双闭环控制系统，可实现稳定直流母线电压稳定和单位功率运行的控制目标。针对谐波问题，引入LCL滤波器，确定其电感参数、电容参数、谐振频率、阻尼电阻参数。与L滤波器相比，LCL滤波器在高频段表现出更好的谐波抑制效果，从而减小了电感体积。
　　最后，针对LCL滤波器的谐振问题，采用引入滤波电容电流的有源阻尼改进控制方案。选取调制参数kc65控制效果最好，从而可节省阻尼电阻，减少能量损耗，增强系统的稳定性。仿真结果表明，通过快速傅里叶变换分析电流的谐波畸变率低于5％，可满足并网要求。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2双馈风力发电技术的研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 双馈发电机建模及转子侧变换器控制策略

2.1双馈发电机的运行原理

2.2双馈发电机的数学模型

2.3电网电压平衡下RSC控制策略

2.4电网电压小幅降落时RSC控制策略

2.5电网电压不平衡下DFIG建模与控制策略

2.6本章小结

第3章 网侧变换器建模及其控制策略

3.1 GSC的数学模型

3.2 GSC的控制策略

3.3滤波电路的设计与改进控制策略

3.4本章小结

第4章 双馈风电系统的仿真与分析

4.1双馈风力发电系统仿真模型

4.2双馈风电系统转子侧仿真与分析

4.3网侧变换器仿真及分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢