風(fēng)電機組機側(cè)變流器控制策略研究

【摘要】：隨著日益加劇的環(huán)境污染和能源短缺問題,風(fēng)能作為最有發(fā)展空間的可再生潔凈能源之一,在世界范圍內(nèi)得到了充分的開發(fā)與利用。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了諸多風(fēng)電機型的技術(shù)路線,本文將針對于鼠籠電機(SCIG)全功率機組和雙饋電機(DFIG)部分功率機組這兩種主流機型展開研究。而風(fēng)電機組機側(cè)變流器作為電機控制與能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其控制策略至關(guān)重要。目前應(yīng)用最廣泛的機側(cè)算法是矢量控制(Vector Control,VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control,DTC),而矢量控制又可以選擇比例積分(PI)或比例諧振(PR)控制器作為實現(xiàn)策略。為了對比基于PI的矢量控制、基于PR的矢量控制及DTC控制策略本身的優(yōu)缺點以及對機組性能的影響,本文從電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行和暫態(tài)故障兩種工況下對SCIG和DFIG控制特性進行研究與討論。所涉及的關(guān)鍵內(nèi)容及主要工作包括如下幾點:(1)針對于不同的機側(cè)控制策略技術(shù),本文首先分析并討論基于PI控制器和基于PR控制器實現(xiàn)矢量控制的原理與策略,提出了頻率可調(diào)的PR控制器(FA-PR)以滿足機側(cè)變頻率的控制需求;其次在直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)的理論基礎(chǔ)上,分析了轉(zhuǎn)矩與磁鏈觀測、滯環(huán)比較、開關(guān)表等關(guān)鍵環(huán)節(jié),并選擇SVM-DTC作為優(yōu)化策略以改善滯環(huán)帶來的轉(zhuǎn)矩脈動及開關(guān)頻率不恒定的問題;最后分別研究了SCIG和DFIG機組基于PI的矢量控制、基于PR的矢量控制及DTC的控制策略,并通過相關(guān)仿真與實驗驗證了各控制策略的有效性與準確性,為后續(xù)性能對比與故障運行的研究奠定了基礎(chǔ)。(2)在機側(cè)控制理論分析與驗證的基礎(chǔ)上,本文針對穩(wěn)態(tài)電網(wǎng)的運行條件,從穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應(yīng)、計算復(fù)雜度、系統(tǒng)魯棒性及控制需求等多個方面對PI、PR與DTC等策略進行了全面對比,得出各策略的性能特點與算法優(yōu)缺點。(3)針對于電網(wǎng)跌落時機組故障運行的問題,本文分別討論并提出了SCIG與DFIG機組實現(xiàn)低電壓穿越(LVRT)的方案,同時對采用基于PI的矢量控制、基于PR的矢量控制及DTC控制策略時各機組暫態(tài)特性以及LVRT能力加以驗證與對比,對比結(jié)果為后續(xù)故障穿越算法的改進及優(yōu)化工作提供依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：鼠籠全功率機組 雙饋機組 矢量控制 直接轉(zhuǎn)矩控制 低電壓穿越
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述14-21
• 1.2.1 風(fēng)電機組研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 風(fēng)電系統(tǒng)功率變換器發(fā)展狀況17-21
• 1.3 風(fēng)電機組機側(cè)變流器控制策略研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容23-26
• 第二章 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型26-38
• 2.1 機組簡介26-27
• 2.2 風(fēng)力機數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.3 異步電機數(shù)學(xué)模型28-33
• 2.4 電網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型33-36
• 2.4.1 電網(wǎng)側(cè)VSC模型分析33-35
• 2.4.2 電網(wǎng)側(cè)VSC矢量控制方案35-36
• 2.5 直流母線環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 鼠籠全功率機組機側(cè)變流器控制策略研究38-76
• 3.1 概述38
• 3.2 鼠籠電機機側(cè)VSC控制策略研究38-61
• 3.2.1 基于PI的矢量控制研究及仿真驗證38-43
• 3.2.2 基于PR的控制策略研究及仿真驗證43-49
• 3.2.3 基于直接轉(zhuǎn)矩控制的算法研究及仿真驗證49-59
• 3.2.4 性能對比59-61
• 3.3 鼠籠全功率機組LVRT策略研究61-71
• 3.3.1 鼠籠機組故障運行方案61-63
• 3.3.2 不同控制算法下鼠籠機組LVRT驗證對比63-71
• 3.4 實驗驗證71-74
• 3.5 本章小結(jié)74-76
• 第四章 雙饋機組轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制策略研究76-112
• 4.1 概述76-77
• 4.2 雙饋電機RSC控制策略研究77-88
• 4.2.1 基于PI的矢量控制研究及仿真驗證77-81
• 4.2.2 基于PR的控制策略研究及仿真驗證81-84
• 4.2.3 基于直接轉(zhuǎn)矩控制的算法研究及仿真驗證84-88
• 4.2.4 控制性能對比88
• 4.3 雙饋機組LVRT策略研究88-111
• 4.3.1 雙饋機組故障特性分析與驗證88-93
• 4.3.2 基于轉(zhuǎn)子Crowbar保護的LVRT策略93-94
• 4.3.3 不同控制算法下雙饋機組LVRT特性對比94-111
• 4.4 本章小結(jié)111-112
• 第五章 總結(jié)與展望112-114
• 5.1 論文內(nèi)容總結(jié)112-113
• 5.2 進一步工作展望113-114
• 參考文獻114-119
• 附錄119-121
• 致謝121-122
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文122

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