【摘要】：本文針對(duì)基于雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(WECS)在工作點(diǎn)偏移時(shí)傳統(tǒng)矢量控制方法的控制效果不佳的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了三種自適應(yīng)控制策略。主要工作可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面:一、提出了一種結(jié)合比例積分反饋控制和反饋線性化方法的控制策略(PI-FLC)。對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器進(jìn)行所提出控制策略的設(shè)計(jì),即采用基于微分幾何理論的反饋線性化方法設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)控制器,而采用比例積分反饋控制方法設(shè)計(jì)功率外環(huán)控制器。該控制策略既保證了控制器能在工作點(diǎn)偏離時(shí)提供快速且令人滿意的控制效果,又能減少反饋控制中需要的狀態(tài)變量的個(gè)數(shù)。在搭建的并網(wǎng)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)的矢量控制方法,提出的PI-FLC策略能夠更好地實(shí)現(xiàn)斜坡風(fēng)速變化下和隨機(jī)風(fēng)速變化下雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)最大功率的跟蹤,并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化具有一定的魯棒性。二、提出了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多回路自適應(yīng)控制(POMAC)策略。基于微分幾何理論的反饋線性化方法中,為了保證控制器具有良好的控制效果,需要用到很多狀態(tài)變量的精確值。同時(shí),針對(duì)系統(tǒng)模型中由于建模誤差和外界擾動(dòng)造成的影響,提出了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的多回路自適應(yīng)控制方法,并用于雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。首先,分別對(duì)DFIG-WT的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行輸入/輸出線性化,將高階的系統(tǒng)根據(jù)四個(gè)控制目標(biāo)解耦成四個(gè)相對(duì)應(yīng)的低階子系統(tǒng),并在各子系統(tǒng)中分別定義一個(gè)擾動(dòng)變量來(lái)描述系統(tǒng)模型的不確定性和外界擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)模型的影響;其次,采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和擾動(dòng)的高增益觀測(cè)器對(duì)解耦后的各個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)變量和擾動(dòng)變量進(jìn)行觀測(cè);最后,利用得到的狀態(tài)變量以及擾動(dòng)變量的估計(jì)值代替其真實(shí)值來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)反饋控制。進(jìn)行在多種工況下的仿真,可以看出所提出的自適應(yīng)控制方法能很好地實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo),且具有較快的調(diào)節(jié)速度和較小的波動(dòng),在變風(fēng)速、電網(wǎng)電壓小幅下降等多種情況下均優(yōu)于矢量控制方法。另外,由于觀測(cè)器能估計(jì)出擾動(dòng)并在控制環(huán)節(jié)中進(jìn)行補(bǔ)償,其不需要精確的系統(tǒng)模型,并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)具有強(qiáng)魯棒性。三、提出了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器的磁鏈補(bǔ)償反饋控制策略(OFCC),用于提高DFIG-WT的低電壓穿越LVRT能力。首先,分析了DFIG-WT低電壓穿越時(shí)定子磁鏈的動(dòng)態(tài)變化對(duì)系統(tǒng)的影響,說(shuō)明了對(duì)定子磁鏈動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償在提高低電壓穿越能力上的重要性。其次,在POMAC的基礎(chǔ)上,用擾動(dòng)變量來(lái)描述定子磁鏈動(dòng)態(tài)對(duì)系統(tǒng)模型的影響,并通過(guò)采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和擾動(dòng)的高增益觀測(cè)器對(duì)這個(gè)擾動(dòng)變量進(jìn)行觀測(cè)。最后,用得到的擾動(dòng)變量的估計(jì)值來(lái)進(jìn)行磁鏈補(bǔ)償反饋控制。仿真結(jié)果表明,提出的OFCC能達(dá)到與FFTCC相同的低電壓穿越的控制效果,且遠(yuǎn)優(yōu)于矢量控制的低電壓穿越效果。而且,不同于FFTCC的需要基于模型的磁鏈準(zhǔn)確計(jì)算,OFCC使用觀測(cè)器獲取到了磁鏈的動(dòng)態(tài)變化,因此對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化具有強(qiáng)魯棒性。四、搭建了一個(gè)基于dSPACE與RTDS的硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)。為了更實(shí)際地驗(yàn)證控制算法,我們將dSPACE的處理器板與實(shí)時(shí)數(shù)字模擬器(RTDS)互連,兩者之間通過(guò)A/D板塊與D/A板塊交互,搭建了一個(gè)可用于硬件在環(huán)測(cè)試的半實(shí)物測(cè)試平臺(tái)。我們?cè)谠摐y(cè)試平臺(tái),驗(yàn)證了本文所提出的POMAC和OFCC策略的有效性和優(yōu)越性。所提出的POMAC方法能很好地實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo),且具有較快的調(diào)節(jié)速度和較小的波動(dòng)。另外,由于觀測(cè)器能估計(jì)出擾動(dòng)并在控制環(huán)節(jié)中進(jìn)行補(bǔ)償,故POMAC不需要精確的系統(tǒng)模型,并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)具有強(qiáng)魯棒性。所提出的OFCC方法能很好地補(bǔ)償由于定子磁鏈動(dòng)態(tài)引起的系統(tǒng)擾動(dòng),通過(guò)輸出合適的轉(zhuǎn)子電壓來(lái)抵消感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而達(dá)到故障后的轉(zhuǎn)子過(guò)電流的抑制效果。所提出的磁鏈補(bǔ)償控制方法能有效地提高雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的LVRT能力。
【圖文】：

網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)提出了更多的要求，風(fēng)電機(jī)組必須滿足一定規(guī)范才可并網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)故障下的低電壓穿越（LVRT）運(yùn)行就是其中一個(gè)必備的要求。低電壓穿越是指在規(guī)范中提出的曲線的范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組必須保持不脫網(wǎng)運(yùn)行，，如圖1-1所示，并在故障期間對(duì)電網(wǎng)輸出與電壓跌落程度成一定比例的無(wú)功功率。在故障被清除之后，風(fēng)電機(jī)組能迅速恢復(fù)成原來(lái)的正常工作狀態(tài)。圖1-1是世界上幾個(gè)國(guó)家對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出的低電壓穿越標(biāo)6

圖 2-3 雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī) DFIG 等效電路雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)軸系有三種等效模型，本文的研究均采用兩質(zhì)量模塊模型。如圖2-3所示，在雙質(zhì)量模型中，通常采用兩個(gè)不同的質(zhì)量塊來(lái)代表低速渦輪和高速發(fā)電機(jī)，并將連接它們的彈性軸建模為一個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器。傳動(dòng)軸系的機(jī)電動(dòng)態(tài)16
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM614;TP273.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2697566