電網(wǎng)電壓不平衡且諧波條件下雙饋風電系統(tǒng)運行與控制研究.pdf

1、雙饋感應發(fā)電機(DFIG)以其諸多優(yōu)越的運行性能在大型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛的應用,然而雙饋感應風力發(fā)電機組定子側與電網(wǎng)直接相連接的結構決定了其對于電網(wǎng)擾動特別敏感,使其在應對電網(wǎng)電壓諧波條件下以及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變共存的電網(wǎng)條件下的運行存在較大缺陷。因此,如何進一步提高 DFIG系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓諧波條件下以及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變共存的電網(wǎng)條件下的安全運行能力已成為當前研究的熱點。受動態(tài)電壓恢復器的啟發(fā)而提出的基于串聯(lián)

2、網(wǎng)側變換器的新型雙饋感應風力發(fā)電系統(tǒng)具有定子電壓靈活可控的特性,該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)零電壓穿越運行,具有優(yōu)良的低電壓穿越(LVRT)能力,國內也已有學者就基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的雙饋感應風力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓不平衡及電網(wǎng)故障下的運行與控制展開了深入的研究,但對于電網(wǎng)電壓諧波條件下以及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變共存的電網(wǎng)電壓條件下該拓撲結構的雙饋感應風電系統(tǒng)的運行與控制國內外鮮有研究。本文針對基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的新型DFIG系統(tǒng),對其在電網(wǎng)電壓諧波條

3、件下及電網(wǎng)電壓不平衡且諧波畸變條件下的運行與控制展開了深入的研究,論文的主要研究內容包括:
　　1)建立了基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)的數(shù)學模型。在此模型基礎上,提出了電網(wǎng)電壓正常時適用于該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制策略,并通過仿真驗證了所提穩(wěn)態(tài)控制策略的正確性和可行性。仿真結果表明基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)雙饋風電系統(tǒng)相同控制效果,為進一步研究基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓諧波條件下及電網(wǎng)電壓不平衡與諧波畸變

4、共存的電網(wǎng)條件下的運行與控制奠定了基礎。
　　2)分析了基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)在含有5、7次諧波電壓的電網(wǎng)電壓條件下的運行行為,并從抑制電網(wǎng)電壓諧波對DFIG機組的影響以及提高整個DFIG系統(tǒng)運行性能的角度出發(fā),研究和提出了該電網(wǎng)條件下適用于基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)的2種增強運行能力控制方案(系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時無6倍頻波動、系統(tǒng)無諧波電流注入電網(wǎng))。針對所提實現(xiàn)整個系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時無6倍頻波動的

5、控制方案,詳細推導了該控制方案下并聯(lián)網(wǎng)側變換器能向電網(wǎng)提供無功功率的極限。仿真結果表明:本文所提的控制方案在確保發(fā)電機的對稱穩(wěn)定運行的同時亦可實現(xiàn)整個系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時無6倍頻波動,或整個系統(tǒng)無諧波電流注入電網(wǎng)2種不同運行功能,有效改善了DFIG系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓諧波條件下的整體運行性能及所并電網(wǎng)的穩(wěn)定性;對于所提實現(xiàn)整個系統(tǒng)輸出有功和無功功率同時無6倍頻波動的控制方案,所提推導無功極限的方法能夠準確獲得該電網(wǎng)條件下并聯(lián)網(wǎng)側變換器在

6、不過流條件下的無功輸出極限。
　　3)針對并網(wǎng)點電壓不平衡且同時含有5、7次諧波電壓的電網(wǎng)條件,在深入分析此電網(wǎng)條件下基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)運行行為的基礎上,研究和提出了該電網(wǎng)條件下適用于基于串聯(lián)網(wǎng)側變換器的DFIG系統(tǒng)的3種增強運行控制方案(系統(tǒng)輸出有功功率無2倍、6倍頻波動、系統(tǒng)輸出無功功率無2倍、6倍頻波動、系統(tǒng)輸出電流保持平衡無畸變)。從并聯(lián)網(wǎng)側變換器電流容量對所提控制方案控制效果影響的角度出發(fā),提出并聯(lián)網(wǎng)側變換

7、器計算參考電流指令在其電流最大值下的分配原則及分配后的參考電流指令。仿真結果表明:本文所提的控制方案在確保發(fā)電機的對稱穩(wěn)定運行的同時亦可實現(xiàn)整個系統(tǒng)輸出有功或無功功率無2倍、6倍頻波動,或整個系統(tǒng)輸出電流保持平衡無畸變3種不同的運行功能;考慮并聯(lián)網(wǎng)側變換器電流容量時,其計算參考電流指令按所提分配原則進行分配后,對實現(xiàn)整個系統(tǒng)輸出有功或無功功率無2倍、6倍頻波動控制方案的控制效果會有所降低。此外,本文以并聯(lián)網(wǎng)側變換器正序電流閉環(huán)控制為例對