低電壓故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性分析與運(yùn)行控制.pdf

1、變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)類似，轉(zhuǎn)子經(jīng)雙向功率變換器與電網(wǎng)連接，流過轉(zhuǎn)子電路的功率為轉(zhuǎn)差功率，降低了變頻器成本，通過改變雙向功率變換器電子器件導(dǎo)通角調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值、相位和頻率可實(shí)現(xiàn)有功和無功輸出的靈活控制，對(duì)電網(wǎng)可起到無功補(bǔ)償作用，在商業(yè)化機(jī)組中應(yīng)用廣泛。本文結(jié)合風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展需求，立題對(duì)低電壓故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性與控制策略開展深入研究。
　　 本文提出了

2、計(jì)及定子磁鏈變化、勵(lì)磁電流過渡過程的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)精確控制模型，為電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)特性分析和運(yùn)行控制提供了理論依據(jù)；以此為基礎(chǔ)提出了基于自抗擾控制理論的強(qiáng)勵(lì)控制方案，觀測(cè)電網(wǎng)擾動(dòng)及交叉耦合項(xiàng)加以前饋補(bǔ)償，并利用配置非線性結(jié)構(gòu)代替線性加權(quán)和形式，構(gòu)成非線性誤差反饋控制率，在實(shí)現(xiàn)解耦控制的同時(shí)抑制電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的影響，獲得了比傳統(tǒng)控制方案更優(yōu)越的不間斷運(yùn)行能力，在系統(tǒng)建模及故障下控制方面具有創(chuàng)新性；在此基礎(chǔ)上，本文提出了基于

3、模型補(bǔ)償ESO理論的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)辨識(shí)方法。將辨識(shí)轉(zhuǎn)速作為雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已知模型的一部分，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速辨識(shí)過程中已知模型的實(shí)時(shí)連續(xù)校正調(diào)節(jié)，隨著已知模型的不斷校正調(diào)整，有效縮小系統(tǒng)不確定部分的變化范圍，有效降低ESO的觀測(cè)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速辨識(shí)的快速收斂，達(dá)到較好的辨識(shí)效果；同時(shí)，從系統(tǒng)不確定部分的ESO觀測(cè)結(jié)果中提取轉(zhuǎn)速辨識(shí)誤差信息，對(duì)其進(jìn)行反饋校正，辨識(shí)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)不確定部分的不斷校正調(diào)節(jié)，從結(jié)構(gòu)上改進(jìn)了原有的開環(huán)估計(jì)算法，形成了

4、閉環(huán)辨識(shí)結(jié)構(gòu)。
　　 同時(shí)，本文開展了低電壓故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能評(píng)估，闡明了低電壓故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)特性及定、轉(zhuǎn)子磁鏈的變化規(guī)律；采用時(shí)域建模分析方法揭示了磁路飽和與集膚效應(yīng)對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的影響作用；通過對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)空間模型進(jìn)行小干擾穩(wěn)定分析，研究其特征根的變化特性，進(jìn)一步印證了磁路飽和與集膚效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)運(yùn)行特性的作用機(jī)制。研究結(jié)果表明，在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，主磁路飽和對(duì)于系統(tǒng)的暫態(tài)響

5、應(yīng)特性無影響；當(dāng)故障清除、電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，主磁路可能會(huì)產(chǎn)生飽和，但其影響程度有限。此外，主磁路飽和引發(fā)的勵(lì)磁電感Lm減小能夠增大雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子暫態(tài)阻尼，增強(qiáng)雙饋電機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定性，使其遠(yuǎn)離穩(wěn)定極限。雙饋電機(jī)集膚效應(yīng)能夠抑制由外部擾動(dòng)，包括電網(wǎng)擾動(dòng)引起的電磁暫態(tài)振蕩，加速暫態(tài)分量的衰減過程，在促進(jìn)系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定方面發(fā)揮積極作用；但會(huì)增大雙饋電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電流暫態(tài)沖擊，不利于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在控制系統(tǒng)研究、暫態(tài)特性分析以及轉(zhuǎn)子保護(hù)電路設(shè)

6、計(jì)時(shí)應(yīng)考慮集膚效應(yīng)的影響。
　　 此外，本文從雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制及載荷分析的角度，提出了包括風(fēng)速場(chǎng)、變速風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)軸系、電機(jī)、交流器在內(nèi)的整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)完整模型，為低電壓故障下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行載荷分析提供了模型基礎(chǔ)；通過與FAST輸出結(jié)果的對(duì)比分析驗(yàn)證了所建模型的正確性，對(duì)其分析結(jié)果的可信度進(jìn)行了評(píng)估；在此基礎(chǔ)上，明確地揭示出低電壓故障對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)葉片和塔架的影響，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓運(yùn)行控制策略的研究以及面