【摘要】：本文針對基于雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(WECS)在工作點(diǎn)偏移時傳統(tǒng)矢量控制方法的控制效果不佳的問題,設(shè)計了三種自適應(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)。對轉(zhuǎn)子側(cè)變流器進(jìn)行所提出控制策略的設(shè)計,即采用基于微分幾何理論的反饋線性化方法設(shè)計電流內(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)對最大功率的跟蹤,并對系統(tǒng)參數(shù)變化具有一定的魯棒性。二、提出了一種基于擾動觀測器的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)多回路自適應(yīng)控制(POMAC)策略�；谖⒎謳缀卫碚摰姆答伨�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,針對系統(tǒng)模型中由于建模誤差和外界擾動造成的影響,提出了一種基于擾動觀測器的多回路自適應(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)四個控制目標(biāo)解耦成四個相對應(yīng)的低階子系統(tǒng),并在各子系統(tǒng)中分別定義一個擾動變量來描述系統(tǒng)模型的不確定性和外界擾動對系統(tǒng)模型的影響;其次,采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和擾動的高增益觀測器對解耦后的各個子系統(tǒng)的狀態(tài)變量和擾動變量進(jìn)行觀測;最后,利用得到的狀態(tài)變量以及擾動變量的估計值代替其真實值來實現(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,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,由于觀測器能估計出擾動并在控制環(huán)節(jié)中進(jìn)行補(bǔ)償,其不需要精確的系統(tǒng)模型,并對系統(tǒng)參數(shù)具有強(qiáng)魯棒性。三、提出了一種基于擾動觀測器的磁鏈補(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低電壓穿越時定子磁鏈的動態(tài)變化對系統(tǒng)的影響,說明了對定子磁鏈動態(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,用擾動變量來描述定子磁鏈動態(tài)對系統(tǒng)模型的影響,并通過采用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和擾動的高增益觀測器對這個擾動變量進(jìn)行觀測。最后,用得到的擾動變量的估計值來進(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)確計算,OFCC使用觀測器獲取到了磁鏈的動態(tài)變化,因此對系統(tǒng)參數(shù)的變化具有強(qiáng)魯棒性。四、搭建了一個基于dSPACE與RTDS的硬件在環(huán)測試平臺。為了更實際地驗證控制算法,我們將dSPACE的處理器板與實時數(shù)字模擬器(RTDS)互連,兩者之間通過A/D板塊與D/A板塊交互,搭建了一個可用于硬件在環(huán)測試的半實物測試平臺。我們在該測試平臺,驗證了本文所提出的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。另外,由于觀測器能估計出擾動并在控制環(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)償由于定子磁鏈動態(tài)引起的系統(tǒng)擾動,通過輸出合適的轉(zhuǎn)子電壓來抵消感應(yīng)電動勢,從而達(dá)到故障后的轉(zhuǎn)子過電流的抑制效果。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)對風(fēng)電場的并網(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)。實現(xiàn)故障下的低電壓穿越（LVRT）運(yùn)行就是其中一個必備的要求。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，并在故障期間對電網(wǎng)輸出與電壓跌落程度成一定比例的無功功率。在故障被清除之后，風(fēng)電機(jī)組能迅速恢復(fù)成原來的正常工作狀態(tài)。圖1-1是世界上幾個國家對風(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，通常采用兩個不同的質(zhì)量塊來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彈簧和一個阻尼器。傳動軸系的機(jī)電動態(tài)16
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM614;TP273.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2697566