本文關(guān)鍵詞：廣義諧波電網(wǎng)環(huán)境下雙饋風電系統(tǒng)增強運行能力研究，，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)所帶來電網(wǎng)電壓畸變的趨勢,對高性能雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的需求將變得更迫切。隨著各國電網(wǎng)準則和電力設(shè)置對電能質(zhì)量要求越來越嚴格,適應(yīng)各種電網(wǎng)環(huán)境下的雙饋風力發(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到電壓驟變情況下的穿越運行控制策略成熟。本文力圖在現(xiàn)有控制策略下進行改進,達到高性能的控制效果；同時,對一些近年來出現(xiàn)的控制算法進行了一些研究,以期達到廣義諧波電網(wǎng)電壓環(huán)境下雙饋風電系統(tǒng)的最優(yōu)運行性能。從系統(tǒng)數(shù)學建模、理論分析到驗證三個方面展開全面、深入的研究。針對實際電網(wǎng)電壓中存在實時動態(tài)變化的諧波運行環(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；其實施是針對所有次數(shù)諧波,該控制策略不需實時精確的電網(wǎng)諧波次數(shù)和相位檢測,具有實際工程應(yīng)用價值。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)學模型,提出三種該運行環(huán)境下的控制目標,完成了滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計。同理,為提高雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機(DFIG)的運行性能,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)學模型,提出三種該運行環(huán)境下的控制目標和補償功率控制目標提取算法,完成了改進的滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計,增強了DFIG在實際環(huán)境中的運行能力。在以上研究理論基礎(chǔ)上,提出來一種整個雙饋風電系統(tǒng)在廣義諧波電網(wǎng)電壓環(huán)境下的改進滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制。通過對在廣義畸變環(huán)境下雙饋風電系統(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)電壓時傳統(tǒng)控制策略存在的直流電壓波動。又通過對電抗器功率的分析以及設(shè)計網(wǎng)側(cè)主控制器和輔助控制器結(jié)合,從而達到整個雙饋風電系統(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)果對廣義交流量調(diào)節(jié)能力的不足。為了簡化數(shù)學模型以及減少以上研究所需的鎖相環(huán)節(jié),同時克服滑模變結(jié)構(gòu)控制的穩(wěn)態(tài)性能不佳的問題,提出了一種雙饋感應(yīng)風力發(fā)電機非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計方法,無論正常電網(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)一的雙饋電機的數(shù)學模型被建立在工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上,這點區(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)量場之和,達到減少運算量,同時對數(shù)學模型進行詳細分析的基礎(chǔ)上合理簡化。與此同時,由于-1次諧波即不平衡電網(wǎng)電壓幅值往往較大,為了未來進行區(qū)別的控制,所研究的諧波不含-1次成分。其次,對反推算法進行了簡要介紹后結(jié)合雙饋電機模型進行了詳細的統(tǒng)一反推直接功率控制設(shè)計。再次,對正常和廣義諧波電網(wǎng)電壓下雙饋電機的功率關(guān)系進行分析后,完成定子諧波電流抑制的統(tǒng)一功率控制目標設(shè)計,包括諧波電網(wǎng)電壓時的補償功率控制目標算法設(shè)計,其值在理想電網(wǎng)時自動為零。對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行了簡要的梳理和簡單的改進,對反推控制算法的一般性設(shè)計方法和拓展?jié)摿M行了簡要的介紹。該策略比較充分的利用了自身對廣義交流量調(diào)節(jié)能力。最后,在一臺2MW的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)中對所提的理論分析以及控制策略進行了驗證,證明本論文所研究的直接功率控制策略在雙饋風力發(fā)電中具有一定的理論價值和工程應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：雙饋感應(yīng)風力發(fā)電(DFIG)系統(tǒng) 廣義諧波電網(wǎng)電壓 改進滑模變結(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 無功脈動 定子諧波電流抑制 直流母線電壓波動抑制 諧波次數(shù)適應(yīng)性 電網(wǎng)電壓頻率適應(yīng)性
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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)境危機與可再生能源16-17
• 1.1.2 風力發(fā)電的地位與趨勢17-20
• 1.2 風電系統(tǒng)主要拓撲結(jié)構(gòu)20-23
• 1.2.1 全功率和部分功率勵磁系統(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 本論文的主要研究內(nèi)容29-31
• 參考文獻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 改進滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計37-41
• 2.3.1.1 改進控制策略設(shè)計37-38
• 2.3.1.2 改進控制目標設(shè)計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 改進滑模變結(jié)構(gòu)直接功率控制設(shè)計52-56
• 3.3.1.1 改進控制策略設(shè)計52-53
• 3.3.1.2 改進控制目標設(shè)計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)下雙饋風電系統(tǒng)功率關(guān)系與協(xié)同控制目標分析65-66
• 4.3 雙饋風電系統(tǒng)總輸出電流諧波抑制66-68
• 4.4 仿真研究68-73
• 4.4.1 改進與傳統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)直接功率單個諧波次數(shù)電網(wǎng)電壓下仿真比較68-70
• 4.4.2 改進與傳統(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73-76
• 第5章 正常和廣義畸變電網(wǎng)條件下雙饋風力發(fā)電機統(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坐標系下的DFIG數(shù)學模型介紹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 增加改進功率控制目標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)風力發(fā)電機簡化數(shù)學模型82-85
• 5.4.2 統(tǒng)一的反推直接功率控制算法設(shè)計85-89
• 5.4.2.1 算法設(shè)計85-88
• 5.4.2.2 控制目標設(shè)計88-89
• 5.4.3 反推控制算法的一般和擴展應(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104-105
• 6.2 后續(xù)研究工作展望105-108
• 攻讀碩士學位期間研究成果108

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本文編號：299709