双馈风力发电机的附加调频控制策略研究

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随着人类生存环境和气候变化问题的日益突出,可再生能源发电成为解决该问题的一条可行途径,风力发电和光伏发电近年来得到快速发展。双馈风电机组(DFIG)作为风力发电的一种主要形式,得到广泛应用。由于DFIG转子动能的存在,具有一定的参与系统调频的能力。本文主要研究DFIG风力发电机参与系统一次调频的控制方法。  分析了DFIG的工作原理和转子变流器的控制策略,建立了DFIG的数学模型和控制系统结构,网侧变流器工作于单位功率因数的定直流电压控制方式,转子侧变流器通过控制输出到转子绕组的电流来实现转子转速的调节和最大功率跟踪(MPPT)。构建了网侧变流器和转子侧变流器的控制系统传递函数,优化设计了调节器的控制参数。  在分析同步发电机的静态频率特性和惯性响应的基础上,提出了在DFIG风电机组的转子侧变流器控制算法中引入一个辅助调频控制环节,根据电网频率的变化量和变化率来调节转子的转速以释放转子动能,实现了DFIG参与电网一次频率调节的功能。同时,给出了DFIG辅助调频控制环中调节器参数的整定方法。  在PSCAD/EMTDC仿真环境下,建立了具有一次调频功能的DFIG数字仿真系统,观察外部扰动下DFIG的仿真输出特性,验证了DFIG控制系统和调频控制策略的正确有效性。  应用RT-LAB实时仿真平台,构建了一种DFIG半物理实时仿真的实验系统,配电网、DFIG和变流器主电路采用 RT-LAB实时仿真系统来模拟,变流器的控制部分采用基于TMS320F28335 DSP的硬件系统。对DFIG的附加调频控制策略进行了硬件在回路测试验证,测试结果表明,DFIG的附加调频控制策略是有效可行的。
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