《雙端開繞組永磁風力發電系統功率變換與協同控制》是依託天津大學，由宋戰鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙端開繞組永磁風力發電系統功率變換與協同控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋戰鋒
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在風電產業規模化發展、機組單機容量不斷增大的現有形勢下，風力發電系統需要在實時傳輸功率、安全穿越電網故障的同時，提升機組的穩定與可靠運行能力，對機組設計、運行與控制提出了嚴峻挑戰。在該領域開展深入探索，突破繞組相間電耦合對風電機組穩定運行的制約，具有重要理論意義和工程實用價值。本項目以提升複雜工況下機組穩定與可靠運行能力為目標，圍繞雙端開繞組永磁風力發電系統及其功率變換技術開展深入研究，充分發揮開繞組結構在相間電氣隔離與獨立控制特性方面的顯著優勢。基於系統離散預測模型，研究發電機轉矩及網側輸出電流參考軌跡的規劃方法。結合系統穩定運行安全約束條件以及參考軌跡的跟蹤需求，建立預測控制價值函式，將雙端開繞組永磁風力發電系統的穩定與可靠運行問題轉化為複雜約束條件下價值函式最小化問題。在此基礎上，構建雙端開繞組永磁風力發電系統預測控制體系，實現功率變換與可靠運行協同控制。
結題摘要
本項目以提升周期及非周期性內部擾動、機組故障等複雜工況下風力發電系統的穩定與可靠運行能力為目標，圍繞雙端開繞組永磁風力發電系統及其功率變換技術開展了深入研究。建立了風力發電機及功率變換器數學模型，重點分析了開繞組永磁風力發電系統的相間隔離特性及零階保持離散化控制特性。針對各相繞組隔離條件下的三相六線制結構，基於共模迴路外特性，研究了共模電壓及共模電流的產生機理和激勵模式，分析了共模電壓及共模電流對系統功率傳輸和轉矩控制的影響。分析了發電機產生故障後，系統由對稱狀態變為非對稱狀態時的控制特性及控制策略的失效機理。以此為基礎，提出了基於有限狀態和虛擬矢量的開繞組永磁風力發電機預測控制策略，將開繞組永磁風力發電系統的穩定與可靠運行問題轉化為複雜約束條件下價值函式最小化問題。此外，針對擾動抑制工況下風力發電系統網側電流的動態調節過程中的振盪現象，將模型預測引入到諧振控制中，提出了併網變流器預測諧振控制方法與雙環抗擾策略，實現了動態跟蹤與擾動抑制的解耦。同時，提出了開繞組永磁風力發電機定子電流預測諧振控制策略，在保證風力發電系統定子電流跟蹤性能的同時，有效抑制參數失配引入的非周期性擾動以及逆變器死區效應、轉子磁鏈分布非正弦等引入的周期性擾動對控制性能的影響。圍繞風力發電系統需要在故障下實現持續穩定運行的控制要求，基於開繞組結構相間獨立控制的特點，提出了斷相故障下風力發電系統的預測容錯控制策略，在實現功率傳輸與轉矩控制等控制目標的同時保證了系統的可靠運行。在此基礎上，構建了開繞組永磁風力發電系統實驗平台，並開展了相應的實驗驗證工作。本項目的研究為風力發電技術的發展與完善提供了新的思路，相關研究成果在大型風力發電系統設計、運行控制及確保風電系統安全運行方面具有重要參考價值。
