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随着工业水平快速发展,能源的消耗日益加剧,以太阳能、风能为代表的可再生能源开发受到更多重视,近年来,风力发电机装机容量不断增大,电力系统中风电渗透率也越来越高,双馈风力发电机(DFIG)因其制造成本低的优势,在现有装机中占较大比重。理想电网下双馈风力发电机可实现功率解耦运行,然而随着非线性负荷、大功率单相负载接入、谐振等的影响,电网电压会出现不平衡故障,当故障发生时,受到负序电压的影响,DFIG向电网输送的功率会出现二倍工频震荡,不仅影响到电力系统频率和电压稳定性,对电机本身和背靠背变流器也造成巨大影响,如电机震荡、转子电流谐波等,因此,研究电压不平衡下DFIG安全运行具有重大意义。
本文以双馈风力发电机为研究对象,首先推导了理想电网电压下DFIG数学模型,研究功率解耦矢量控制策略,在电压对称情况和不对称情况就常规矢量控制策略进行仿真对比,指出不对称电压对常规控制下DFIG的影响;然后采用对称分量法进行研究,构造出以矢量形式表达的电压不平衡下DFIG数学模型,依据瞬时功率理论,分析得到电压不平衡时DFIG定子输出功率震荡和电机震荡的主要原因在于电网负序电压的影响,一方面提出一种基于降阶谐振控制器的正负序分离方案,降低正负序分离控制器的复杂程度,通过对常规同步旋转坐标锁相环添加正序分离模块,优化电网电压相位角检测方案,另一方面,提出一种调节转子负序电流来提高电网电压不对称下DFIG穿越能力的控制方案,针对采用常规PI调节器会增大系统复杂程度的问题,使用比例积分谐振控制器同时对正负序分量进行调节,降低控制系统复杂程度,实现电压不平衡下DFIG的有功功率、无功功率和电磁转矩震荡抑制,输出对称定子电流、正弦转子电流的四种控制目标。
在MATLAB/Simulink平台对所提出的正负序分离方案、改进锁相环以及DFIG不平衡故障穿越控制算法进行验证,然后搭建以TMS320F28335为核心的双馈风力发电系统实验平台,对硬件设计和软件流程进行详细介绍,最后通过仿真结果和实验结果对控制策略进行验证。
本文以双馈风力发电机为研究对象,首先推导了理想电网电压下DFIG数学模型,研究功率解耦矢量控制策略,在电压对称情况和不对称情况就常规矢量控制策略进行仿真对比,指出不对称电压对常规控制下DFIG的影响;然后采用对称分量法进行研究,构造出以矢量形式表达的电压不平衡下DFIG数学模型,依据瞬时功率理论,分析得到电压不平衡时DFIG定子输出功率震荡和电机震荡的主要原因在于电网负序电压的影响,一方面提出一种基于降阶谐振控制器的正负序分离方案,降低正负序分离控制器的复杂程度,通过对常规同步旋转坐标锁相环添加正序分离模块,优化电网电压相位角检测方案,另一方面,提出一种调节转子负序电流来提高电网电压不对称下DFIG穿越能力的控制方案,针对采用常规PI调节器会增大系统复杂程度的问题,使用比例积分谐振控制器同时对正负序分量进行调节,降低控制系统复杂程度,实现电压不平衡下DFIG的有功功率、无功功率和电磁转矩震荡抑制,输出对称定子电流、正弦转子电流的四种控制目标。
在MATLAB/Simulink平台对所提出的正负序分离方案、改进锁相环以及DFIG不平衡故障穿越控制算法进行验证,然后搭建以TMS320F28335为核心的双馈风力发电系统实验平台,对硬件设计和软件流程进行详细介绍,最后通过仿真结果和实验结果对控制策略进行验证。