本文關(guān)鍵詞：廣義諧波電網(wǎng)環(huán)境下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)增強(qiáng)運(yùn)行能力研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著在電力供應(yīng)中風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量的增大以及功率電子并入電網(wǎng)所帶來(lái)電網(wǎng)電壓畸變的趨勢(shì),對(duì)高性能雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的需求將變得更迫切。隨著各國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則和電力設(shè)置對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格,適應(yīng)各種電網(wǎng)環(huán)境下的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)高性能控制策略變得成為一種必然要求。在廣義諧波電網(wǎng)電壓環(huán)境下目前研究尚未達(dá)到電壓驟變情況下的穿越運(yùn)行控制策略成熟。本文力圖在現(xiàn)有控制策略下進(jìn)行改進(jìn),達(dá)到高性能的控制效果；同時(shí),對(duì)一些近年來(lái)出現(xiàn)的控制算法進(jìn)行了一些研究,以期達(dá)到廣義諧波電網(wǎng)電壓環(huán)境下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行性能。從系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、理論分析到驗(yàn)證三個(gè)方面展開(kāi)全面、深入的研究。針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)電壓中存在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的諧波運(yùn)行環(huán)境,提出電壓源型并網(wǎng)變流器廣義諧波下的滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制；其實(shí)施是針對(duì)所有次數(shù)諧波,該控制策略不需實(shí)時(shí)精確的電網(wǎng)諧波次數(shù)和相位檢測(cè),具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。在以往研究成果的基礎(chǔ)上,建立了廣義畸變電網(wǎng)環(huán)境中的并網(wǎng)電壓源型變流器(grid-connected voltage-sourced converters, VSC)的完整數(shù)學(xué)模型,提出三種該運(yùn)行環(huán)境下的控制目標(biāo),完成了滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計(jì)。同理,為提高雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)(DFIG)的運(yùn)行性能,提出廣義諧波電網(wǎng)電壓環(huán)境下的DFIG滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制,建立了廣義畸變電網(wǎng)環(huán)境中DFIG的完整數(shù)學(xué)模型,提出三種該運(yùn)行環(huán)境下的控制目標(biāo)和補(bǔ)償功率控制目標(biāo)提取算法,完成了改進(jìn)的滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計(jì),增強(qiáng)了DFIG在實(shí)際環(huán)境中的運(yùn)行能力。在以上研究理論基礎(chǔ)上,提出來(lái)一種整個(gè)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)在廣義諧波電網(wǎng)電壓環(huán)境下的改進(jìn)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制。通過(guò)對(duì)在廣義畸變環(huán)境下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的功率潮流分析,為制定控制任務(wù)和控制策略奠定了基礎(chǔ)。確定在機(jī)側(cè)變換器的主要控制任務(wù)為抑制定子諧波電流輸出,而在網(wǎng)側(cè)變換器的主要控制任務(wù)為維持直流母線電壓恒定,消除畸變電網(wǎng)電壓時(shí)傳統(tǒng)控制策略存在的直流電壓波動(dòng)。又通過(guò)對(duì)電抗器功率的分析以及設(shè)計(jì)網(wǎng)側(cè)主控制器和輔助控制器結(jié)合,從而達(dá)到整個(gè)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)廣義畸變環(huán)境下的最合理和最優(yōu)化控制性能。所提控制策略消除了既往研究結(jié)果對(duì)廣義交流量調(diào)節(jié)能力的不足。為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型以及減少以上研究所需的鎖相環(huán)節(jié),同時(shí)克服滑模變結(jié)構(gòu)控制的穩(wěn)態(tài)性能不佳的問(wèn)題,提出了一種雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,無(wú)論正常電網(wǎng)電壓環(huán)境還是廣義畸變電網(wǎng)電壓環(huán)境均適用,即統(tǒng)一的反推直接功率控制策略。首先,廣義諧波環(huán)境下統(tǒng)一的雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型被建立在工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上,這點(diǎn)區(qū)別于以上研究。如為了減少鎖相環(huán)節(jié),未采用諧波合成矢量的概念而采用數(shù)量場(chǎng)之和,達(dá)到減少運(yùn)算量,同時(shí)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上合理簡(jiǎn)化。與此同時(shí),由于-1次諧波即不平衡電網(wǎng)電壓幅值往往較大,為了未來(lái)進(jìn)行區(qū)別的控制,所研究的諧波不含-1次成分。其次,對(duì)反推算法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹后結(jié)合雙饋電機(jī)模型進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)一反推直接功率控制設(shè)計(jì)。再次,對(duì)正常和廣義諧波電網(wǎng)電壓下雙饋電機(jī)的功率關(guān)系進(jìn)行分析后,完成定子諧波電流抑制的統(tǒng)一功率控制目標(biāo)設(shè)計(jì),包括諧波電網(wǎng)電壓時(shí)的補(bǔ)償功率控制目標(biāo)算法設(shè)計(jì),其值在理想電網(wǎng)時(shí)自動(dòng)為零。對(duì)采用了諧振控制器的傳統(tǒng)矢量控制和查表法直接功率控制進(jìn)行了簡(jiǎn)要的梳理和簡(jiǎn)單的改進(jìn),對(duì)反推控制算法的一般性設(shè)計(jì)方法和拓展?jié)摿M(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。該策略比較充分的利用了自身對(duì)廣義交流量調(diào)節(jié)能力。最后,在一臺(tái)2MW的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)所提的理論分析以及控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證,證明本論文所研究的直接功率控制策略在雙饋風(fēng)力發(fā)電中具有一定的理論價(jià)值和工程應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電(DFIG)系統(tǒng) 廣義諧波電網(wǎng)電壓 改進(jìn)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制(SMC-DPC) 反推直接功率控制(BS-DPC) 有功脈動(dòng) 無(wú)功脈動(dòng) 定子諧波電流抑制 直流母線電壓波動(dòng)抑制 諧波次數(shù)適應(yīng)性 電網(wǎng)電壓頻率適應(yīng)性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM614;TM732
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-16
• 第1章 緒論16-34
• 1.1 課題背景16-20
• 1.1.1 能源和環(huán)境危機(jī)與可再生能源16-17
• 1.1.2 風(fēng)力發(fā)電的地位與趨勢(shì)17-20
• 1.2 風(fēng)電系統(tǒng)主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)20-23
• 1.2.1 全功率和部分功率勵(lì)磁系統(tǒng)比較20-21
• 1.2.2 變槳距結(jié)構(gòu)21-23
• 1.3 變速恒頻雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略現(xiàn)狀23-29
• 1.3.1 理想電網(wǎng)條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)控制策略23-26
• 1.3.2 電網(wǎng)電壓驟降條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的穿越控制策略26-28
• 1.3.3 電網(wǎng)電壓驟升條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的穿越控制策略28
• 1.3.4 諧波電網(wǎng)條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略及其不足28-29
• 1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容29-31
• 參考文獻(xiàn)31-34
• 第2章 廣義畸變電網(wǎng)條件下網(wǎng)側(cè)變換器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制研究34-48
• 2.1 引言34-35
• 2.2 廣義畸變電網(wǎng)條件下網(wǎng)側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型35-37
• 2.3 廣義畸變電網(wǎng)條件下網(wǎng)側(cè)變換器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制37-42
• 2.3.1 改進(jìn)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計(jì)37-41
• 2.3.1.1 改進(jìn)控制策略設(shè)計(jì)37-38
• 2.3.1.2 改進(jìn)控制目標(biāo)設(shè)計(jì)38-41
• 2.3.2 穩(wěn)定性分析41
• 2.3.3 魯棒性分析41-42
• 2.4 仿真研究42-46
• 2.4.1 網(wǎng)側(cè)變換器改進(jìn)與傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率仿真比較42-45
• 2.4.2 網(wǎng)側(cè)變換器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制魯棒性仿真研究45-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 參考文獻(xiàn)47-48
• 第3章 廣義畸變電網(wǎng)條件下轉(zhuǎn)子側(cè)變換器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制研究48-64
• 3.1 引言48-49
• 3.2 廣義畸變電網(wǎng)條件下轉(zhuǎn)子側(cè)變換器數(shù)學(xué)模型49-52
• 3.3 廣義畸變電網(wǎng)條件下轉(zhuǎn)子側(cè)變換器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制52-57
• 3.3.1 改進(jìn)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計(jì)52-56
• 3.3.1.1 改進(jìn)控制策略設(shè)計(jì)52-53
• 3.3.1.2 改進(jìn)控制目標(biāo)設(shè)計(jì)53-56
• 3.3.2 穩(wěn)定性分析56
• 3.3.3 魯棒性分析56-57
• 3.4 仿真研究57-61
• 3.4.1 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器改進(jìn)與傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率仿真比較57-60
• 3.4.2 轉(zhuǎn)子側(cè)變換器滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制魯棒性仿真研究60-61
• 3.5 本章小結(jié)61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 第4章 廣義畸變電網(wǎng)條件下網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的協(xié)同控制策略64-76
• 4.1 引言64-65
• 4.2 廣義畸變電網(wǎng)下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)功率關(guān)系與協(xié)同控制目標(biāo)分析65-66
• 4.3 雙饋風(fēng)電系統(tǒng)總輸出電流諧波抑制66-68
• 4.4 仿真研究68-73
• 4.4.1 改進(jìn)與傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率單個(gè)諧波次數(shù)電網(wǎng)電壓下仿真比較68-70
• 4.4.2 改進(jìn)與傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率多諧波次數(shù)電網(wǎng)電壓下仿真比較70-73
• 4.5 本章小結(jié)73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 第5章 正常和廣義畸變電網(wǎng)條件下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)統(tǒng)一反推直接功率控制研究76-104
• 5.1 引言76-78
• 5.2 增加諧振控制器的傳統(tǒng)矢量控制78-81
• 5.2.1 dq坐標(biāo)系下的DFIG數(shù)學(xué)模型介紹78-79
• 5.2.2 定子諧波電流抑制的PIR控制策略介紹79-81
• 5.3 增加改進(jìn)功率控制目標(biāo)的查表法直接功率控制81-82
• 5.4 統(tǒng)一的反推直接功率控制算法82-94
• 5.4.1 常和廣義畸變電網(wǎng)條件下雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型82-85
• 5.4.2 統(tǒng)一的反推直接功率控制算法設(shè)計(jì)85-89
• 5.4.2.1 算法設(shè)計(jì)85-88
• 5.4.2.2 控制目標(biāo)設(shè)計(jì)88-89
• 5.4.3 反推控制算法的一般和擴(kuò)展應(yīng)用89-94
• 5.5 仿真研究94-100
• 5.6 本章小結(jié)100
• 參考文獻(xiàn)100-104
• 第6章 總結(jié)與展望104-108
• 6.1 本文的主要結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)104-105
• 6.2 后續(xù)研究工作展望105-108
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果108

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