电网电压不平衡下永磁直驱风力发电系统运行与控制研究

由于我国风电场大部分都地处偏远，风电场接入点与电力主干网之间的连接较弱，接入点附近由于电网负荷不平衡或电网故障导致的接入点电网电压不平衡情况时有发生。在电网电压不平衡条件下，若仍按电压平衡方式控制的永磁直驱风电系统将导致网侧电流高度不平衡，并网无功功率、有功功率以及直流母线电压出现剧烈的2倍频波动。本文针对上述问题，从增强电网电压不平衡时永磁直驱风电系统运行能力的角度出发，对发电系统在电网电压不平衡条件下的运行与控制进行了深入研究。 本文首先推导了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电系统的数学模型，详细分析了永磁直驱风电系统的运行行为。根据电网电压不平衡条件下永磁直驱风电系统的不同运行要求，采用正序电网电压定向方式得到简化的网侧变换器正负序电流给定数学模型，在此基础上提出基于三种不同控制目标的网侧变换器双电流环控制策略，仿真结果表明所提控制策略能有效抑制网侧变换器有功功率二倍频波动、无功功率二倍频波动以及电网电流负序分量，提高发电系统及所并电网运行稳定性和可靠性。然后以简化的正负序电流给定模型为基础，从提高电网电压不平衡条件下永磁直驱风电系统动态响应性能的角度出发，提出网侧变换器准比例谐振控制策略。所提控制策略无需对电流反馈量进行正负序分离，网侧电流环控制结构简单，可实现对网侧变换器有功功率二倍频波动、无功功率二倍频波动、电网电流负序分量的有效抑制，并通过仿真研究证明了所提控制策略的准确性和可行性。最后以高性能数字信号处理器TMS320F2812和集成智能功率模块(IPM)为核心，搭建了一套网侧变换器实验系统。利用该系统对传统控制策略和双电流环控制策略进行了对比实验研究，进一步验证网侧变换器双电流环控制策略的可行性和有效性。 本论文研究工作为增强电网电压不平衡条件下永磁直驱风电系统运行能力，拓宽该类型风电系统在电力系统中的应用范围奠定了理论基础。