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电网电压不平衡时双馈感应发电机控制策略研究

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 风电常用控制系统

1.3 并网要求

1.4 本文主要工作

2 双馈风力发电基本控制策略

2.1 双馈风力发电基本原理

2.2 网侧变换器控制策略

2.3 转子侧变换器控制策略

2.3.1 双馈电机数学模型

2.3.2 转子侧变换器控制策略

2.4 仿真模型的建立

2.4.1 双馈感应电机建模

2.4.2 电网与电机系统模块

2.4.3 矢量调制模块

2.5 基本控制策略仿真验证

2.5.1 正常情况下双馈感应电机仿真

2.5.2 电网电压不平衡情况下双馈感应发电机仿真

3 正序和负序双回路控制策略

3.1 电网电压不平衡故障分析

3.1.1 对称分量法

3.1.2 不平衡情况下系统分析

3.1.3 不平衡电压与电流量的分解

3.2 网侧变流器双回路控制策略

3.2.1 网侧变换器双回路控制策略

3.2.2 电网电压不平衡时网侧变换器的功率

3.3 转子侧变换器的双回路控制策略

3.3.1 转子侧变换器的双回路控制策略

3.3.2 电网电压不平衡时发电机的功率

3.4 给定量的计算

3.4.1 转子侧变换器的给定

3.4.2 网侧变换器的给定

3.5 仿真

3.5.1 转子侧变换器控制策略仿真

3.5.2 网侧变换器控制策略仿真

3.5.3 仿真结论

4 两种改进控制策略

4.1 广义积分器基本原理

4.2 基于 PIR 的不平衡控制器设计

4.2.1 基于广义积分器的 PI 控制器改进

4.2.2 基于 PIR 的转子侧变换器

4.2.3 基于 PIR 的网侧侧变换器

4.2.4 基于 PIR 改进策略的仿真实验

4.3 基于 PR 的不平衡控制器的设计

4.3.1 基于 PR 的转子侧变换器

4.3.2 基于 PR 的网侧变换器

4.3.3 基于 PR 改进策略的仿真实验

结论

参考文献

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摘要

风电的大规模应用给风力发电并网技术提出了故障穿越能力的要求。在各种故障中电网电压不平衡故障发生概率较大,此时电网电压中产生负序电压。传统双馈感应风力发电系统多采用同步旋转坐标系矢量控制方式,控制器采用PI控制器。当电网电压中含有负序分量时,同步旋转坐标系信号中产生二倍同步速交流信号,使得PI控制器产生振荡,造成电流中产生负序分量、功率和电磁转矩产生振荡,会对发电机稳定运行产生危害,同时振荡会使得电机老化减少电机使用寿命。根据电路叠加原理,当系统中同时含有正序和负序分量时,可认为系统响应是由正序分量和负序分量分别作用的结果之和。因此文章提出将系统分成正序回路和负序回路两部分分别控制。正序回路工作于正序同步旋转坐标系中,负序回路工作于负序同步旋转坐标系中,两回路都采用矢量控制和PI控制器。两个控制回路结果求和,再利用矢量调制控制变换器控制发电机。传统控制方式中PI控制器在不平衡情况下表现很差是因为PI控制器对于交流信号难以控制,因此利用广义积分适用于交流信号的特点,提出正序旋转坐标系下在PI控制器中加入广义积分器的PIR控制器的控制策略和两相静止坐标系下以PR控制器替代PI控制器的控制策略。仿真研究表明,改进策略实现了振荡的抑制,三种方法都有较好的稳态性能,后两种策略的动态性能更能满足动态要求较高的场合。

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