论文部分内容阅读
随着工业水平快速发展，能源的消耗日益加剧，以太阳能、风能为代表的可再生能源开发受到更多重视，近年来，风力发电机装机容量不断增大，电力系统中风电渗透率也越来越高，双馈风力发电机(DFIG)因其制造成本低的优势，在现有装机中占较大比重。理想电网下双馈风力发电机可实现功率解耦运行，然而随着非线性负荷、大功率单相负载接入、谐振等的影响，电网电压会出现不平衡故障，当故障发生时，受到负序电压的影响，DFIG向电网输送的功率会出现二倍工频震荡，不仅影响到电力系统频率和电压稳定性，对电机本身和背靠背变流器也造成巨大影响，如电机震荡、转子电流谐波等，因此，研究电压不平衡下DFIG安全运行具有重大意义。
本文以双馈风力发电机为研究对象，首先推导了理想电网电压下DFIG数学模型，研究功率解耦矢量控制策略，在电压对称情况和不对称情况就常规矢量控制策略进行仿真对比，指出不对称电压对常规控制下DFIG的影响；然后采用对称分量法进行研究，构造出以矢量形式表达的电压不平衡下DFIG数学模型，依据瞬时功率理论，分析得到电压不平衡时DFIG定子输出功率震荡和电机震荡的主要原因在于电网负序电压的影响，一方面提出一种基于降阶谐振控制器的正负序分离方案，降低正负序分离控制器的复杂程度，通过对常规同步旋转坐标锁相环添加正序分离模块，优化电网电压相位角检测方案，另一方面，提出一种调节转子负序电流来提高电网电压不对称下DFIG穿越能力的控制方案，针对采用常规PI调节器会增大系统复杂程度的问题，使用比例积分谐振控制器同时对正负序分量进行调节，降低控制系统复杂程度，实现电压不平衡下DFIG的有功功率、无功功率和电磁转矩震荡抑制，输出对称定子电流、正弦转子电流的四种控制目标。
在MATLAB/Simulink平台对所提出的正负序分离方案、改进锁相环以及DFIG不平衡故障穿越控制算法进行验证，然后搭建以TMS320F28335为核心的双馈风力发电系统实验平台，对硬件设计和软件流程进行详细介绍，最后通过仿真结果和实验结果对控制策略进行验证。
本文以双馈风力发电机为研究对象，首先推导了理想电网电压下DFIG数学模型，研究功率解耦矢量控制策略，在电压对称情况和不对称情况就常规矢量控制策略进行仿真对比，指出不对称电压对常规控制下DFIG的影响；然后采用对称分量法进行研究，构造出以矢量形式表达的电压不平衡下DFIG数学模型，依据瞬时功率理论，分析得到电压不平衡时DFIG定子输出功率震荡和电机震荡的主要原因在于电网负序电压的影响，一方面提出一种基于降阶谐振控制器的正负序分离方案，降低正负序分离控制器的复杂程度，通过对常规同步旋转坐标锁相环添加正序分离模块，优化电网电压相位角检测方案，另一方面，提出一种调节转子负序电流来提高电网电压不对称下DFIG穿越能力的控制方案，针对采用常规PI调节器会增大系统复杂程度的问题，使用比例积分谐振控制器同时对正负序分量进行调节，降低控制系统复杂程度，实现电压不平衡下DFIG的有功功率、无功功率和电磁转矩震荡抑制，输出对称定子电流、正弦转子电流的四种控制目标。
在MATLAB/Simulink平台对所提出的正负序分离方案、改进锁相环以及DFIG不平衡故障穿越控制算法进行验证，然后搭建以TMS320F28335为核心的双馈风力发电系统实验平台，对硬件设计和软件流程进行详细介绍，最后通过仿真结果和实验结果对控制策略进行验证。