電網擾動下直驅式永磁風力發電系統暫態穩定控制

《電網擾動下直驅式永磁風力發電系統暫態穩定控制》是依託天津大學，由史婷娜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電網擾動下直驅式永磁風力發電系統暫態穩定控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：史婷娜
• 依託單位：天津大學

項目摘要

從直驅式永磁風力發電系統運行控制角度出發，深入分析電網擾動下直驅式永磁風力發電系統的運行特性，特別是對稱及不對稱電網電壓跌落時系統的暫態運行特性，闡明電網擾動對直驅式永磁風力發電系統的作用規律和影響機理，探討決定系統穩定裕度的主要因素；重點研究直驅式永磁風力發電系統暫態穩定控制技術及保護策略，在電網發生故障時保持風電系統與電網的有效連線，提高直驅式永磁風力發電系統在電網故障時的運行可靠性；探討直驅式風力發電系統的故障穿越運行對電網穩定恢復的作用，研究故障下直驅式永磁風力發電系統的整合調控模式，在實現故障穿越運行的同時對電網提供有效的無功支撐，參與電網集中調度與控制以及暫態穩定性維護，避免電網故障的進一步惡化，以適應風力發電進一步發展的需要，並使我國在該領域的研究達到國際先進水平。

結題摘要

從直驅式永磁風力發電系統穩定運行角度出發，分析了系統不同拓撲結構變換器工作特性，深入研究了電網電壓不平衡擾動、電壓跌落等情況對系統的作用規律和影響機理，重點研究了上述情況下系統穩定控制技術。針對兩電平拓撲結構，建立了不平衡電網電壓下網側變換器數學模型，提出了功率諧振補償控制策略，引入了無差拍功率控制方法，有效抵抗了電網電壓跌落、抑制了網側電流畸變與直流側電壓波動，提高了系統穩態性能，並保證系統具有快速的動態回響特性。針對三電平拓撲結構，建立了電機側變換器預測控制價值函式，提出了模型預測電流控制策略，在控制交流側電流的同時有效平衡了直流側中點電位；提出了基於滯環原理的網側變換器改進直接功率控制方法，結果表明該方法在穩態和動態過程中對無功功率的有效控制和對有功功率的快速跟蹤都優於傳統方法，並能有效抵抗電壓跌落。針對矩陣變換器-永磁同步電機拓撲結構，建立了全面的系統微分方程模型，分析了穩定邊界的功率特性及系統參數對穩定運行區域的影響，為控制器設計奠定了基礎；針對電網擾動影響及系統本身強非線性等問題，提出一種基於內模控制原理的新型控制策略，進行轉速、電流控制器結構和參數重構，增強了系統對參數變化的魯棒性；為抑制電網電壓不平衡對矩陣變換器的影響，本項目通過將輸入電流動態調製方法套用於雙電壓調製策略，達到同時改善輸入、輸出波形質量的目的；此外，本項目設計了滑模變結構電流控制器，有效地抑制了電機電流的波動，且控制器參數調節簡單，具有較強的全局魯棒性。針對多重化拓撲結構，本項目提出一種新型電機側級聯Boost斬波變換器結構，拓展了發電機調速範圍；針對不平衡電網電壓引起的擾動，本項目建立了網側多重化變換器統一的開關電路等效模型，提出了一種基於比例諧振控制器的電壓電流雙閉環控制策略，該策略不僅兼顧了集成控制的優點，而且通過增加均壓補償控制環有效抑制了線電流負序分量。本項目的研究成果能夠在電網擾動、系統參數變化、電壓跌落等情況下增強直驅式永磁風力發電系統運行穩定性，為不同拓撲結構變換器及控制策略的設計提供了借鑑性思路。