不对称故障下双馈风力发电机的低电压穿越策略研究

摘要

随着风力发电在全世界的高速增长，风电机组的装机容量在电力系统中所占的比重日益剧增，而在风力发电系统当中，变速恒频双馈风力发电机以控制灵活、调速范围宽以及所需励磁变换器容量小等优点，目前已成为在风电场中的主流风电机型。双馈风机由于本身结构的限制，其控制能力很容易受到电网故障的影响，因此如何提高双馈风机的低电压穿越能力已成为风电行业的研究热点。本文以双馈风机在电网不对称故障下的数学模型为基础，对提高双馈风机的低电压穿越技术进行了详细探讨，主要内容如下：
　　1、建立双馈风力发电机在三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的数学模型，同时对网侧变换器进行建模分析，构建双馈风机在电网不对称故障下的传统控制方法，并通过仿真对传统控制方法的各个电气量进行详细分析。
　　2、为充分利用双馈风电系统中转子侧变换器和网侧变换器的快速无功调节能力，以使得在故障期间对端电压进行有效快速支撑，则通过详细探讨不对称矢量的正负序分量的常规分离方法，提出了一种改进的正负序分离方法，并应用到转子侧变换器和网侧变换器的协同控制之中，在一定程度上提高了双馈风机的低电压穿越能力。
　　3、对网侧变换器的数学模型进行详细分析，在此基础上设计一阶线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller， LADRC)作为电压外环控制器，以使得系统的高功率因数运行。利用L AD RC完全独立于被控对象的具体数学模型和抗干扰能力强的特点，使系统整体具有较好的补偿精度和抗干扰特性。由于一阶L A DRC是一个反馈系统，其本质问题是系统的稳定性，利用经典控制理论对二阶线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer， LESO)进行了详细的稳定性证明，并通过仿真验证了LADRC的加入，极大提高了双馈风机的低电压穿越能力。

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第一章 绪论

1 .1背景与意义

1 .2风力发电的发展现状及趋势

1 .3双馈风电机组低电压穿越技术研究现状

1 .4本文的主要工作

第二章 双馈风力发电运行控制的理论基础

2 .1风力发电的建模分析

2 .2风力发电的特性

2 .3双馈风力发电机的数学模型

2.4网侧PWM变换器的数学模型及控制策略

2 .5本章小结

第三章 不对称故障下的变流器改进控制算法

3 .1电网的故障分类

3 .2基于正负序分量分离的改进控制算法

3 .3本章小结

第四章 基于LADRC的双馈风电系统低电压穿越控制方法

4 .1基于模型的LADR C控制器设计

4 .2 LADR C的稳定性分析

4 .3对比仿真分析

4 .4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢