电网电压不平衡时双馈感应发电机控制策略研究

论文摘要

风电的大规模应用给风力发电并网技术提出了故障穿越能力的要求。在各种故障中电网电压不平衡故障发生概率较大，此时电网电压中产生负序电压。传统双馈感应风力发电系统多采用同步旋转坐标系矢量控制方式，控制器采用PI控制器。当电网电压中含有负序分量时，同步旋转坐标系信号中产生二倍同步速交流信号，使得PI控制器产生振荡，造成电流中产生负序分量、功率和电磁转矩产生振荡，会对发电机稳定运行产生危害，同时振荡会使得电机老化减少电机使用寿命。根据电路叠加原理，当系统中同时含有正序和负序分量时，可认为系统响应是由正序分量和负序分量分别作用的结果之和。因此文章提出将系统分成正序回路和负序回路两部分分别控制。正序回路工作于正序同步旋转坐标系中，负序回路工作于负序同步旋转坐标系中，两回路都采用矢量控制和PI控制器。两个控制回路结果求和，再利用矢量调制控制变换器控制发电机。传统控制方式中PI控制器在不平衡情况下表现很差是因为PI控制器对于交流信号难以控制，因此利用广义积分适用于交流信号的特点，提出正序旋转坐标系下在PI控制器中加入广义积分器的PIR控制器的控制策略和两相静止坐标系下以PR控制器替代PI控制器的控制策略。仿真研究表明，改进策略实现了振荡的抑制，三种方法都有较好的稳态性能，后两种策略的动态性能更能满足动态要求较高的场合。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 风电常用控制系统
• 1.3 并网要求
• 1.4 本文主要工作
• 2 双馈风力发电基本控制策略
• 2.1 双馈风力发电基本原理
• 2.2 网侧变换器控制策略
• 2.3 转子侧变换器控制策略
• 2.3.1 双馈电机数学模型
• 2.3.2 转子侧变换器控制策略
• 2.4 仿真模型的建立
• 2.4.1 双馈感应电机建模
• 2.4.2 电网与电机系统模块
• 2.4.3 矢量调制模块
• 2.5 基本控制策略仿真验证
• 2.5.1 正常情况下双馈感应电机仿真
• 2.5.2 电网电压不平衡情况下双馈感应发电机仿真
• 3 正序和负序双回路控制策略
• 3.1 电网电压不平衡故障分析
• 3.1.1 对称分量法
• 3.1.2 不平衡情况下系统分析
• 3.1.3 不平衡电压与电流量的分解
• 3.2 网侧变流器双回路控制策略
• 3.2.1 网侧变换器双回路控制策略
• 3.2.2 电网电压不平衡时网侧变换器的功率
• 3.3 转子侧变换器的双回路控制策略
• 3.3.1 转子侧变换器的双回路控制策略
• 3.3.2 电网电压不平衡时发电机的功率
• 3.4 给定量的计算
• 3.4.1 转子侧变换器的给定
• 3.4.2 网侧变换器的给定
• 3.5 仿真
• 3.5.1 转子侧变换器控制策略仿真
• 3.5.2 网侧变换器控制策略仿真
• 3.5.3 仿真结论
• 4 两种改进控制策略
• 4.1 广义积分器基本原理
• 4.2 基于 PIR 的不平衡控制器设计
• 4.2.1 基于广义积分器的 PI 控制器改进
• 4.2.2 基于 PIR 的转子侧变换器
• 4.2.3 基于 PIR 的网侧侧变换器
• 4.2.4 基于 PIR 改进策略的仿真实验
• 4.3 基于 PR 的不平衡控制器的设计
• 4.3.1 基于 PR 的转子侧变换器
• 4.3.2 基于 PR 的网侧变换器
• 4.3.3 基于 PR 改进策略的仿真实验
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集