网侧变换器串联结构的双馈风力发电系统控制研究

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1、分类号学号M201171193学校代码10487密级硕士学位论文网侧变换器串联结构的双馈风力发电系统控制研究学位申请人：王伟学科专业：电气工程指导教师：邹旭东副教授答辩日期：2014年1月7日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringControlStudyofDoublyFedInductionGeneratorWindTurbinewithSeriesGridSideConverterCandidate

2、:WangWeiMajor:ElectricalEngineeringSupervisor:A.Prof.ZouXudongHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei,P.R.China,430074Jan.7,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明

3、的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据摘要能源问题在全球经济社会的可持续发展中占有举

4、足轻重的地位，发展清洁可再生能源成为全球各国优化能源结构的一大重要途径，风力发电以其储量巨大、建设周期短等优点迅速获得各国的青睐。目前风力发电系统主要是双馈型结构和全功率型结构，双馈型结构的功率控制所需变流器容量约只有额定功率30%~40%，在实际中得到了更广泛的应用。传统的双馈风力发电系统网侧变换器采用并联型结构，即以电流源形式与电网交换转差功率，该型系统的一大不足之处就在于电网电压的适应性能力，特别是低电压穿越能力。这是由于双馈电机定子端口与电网直接耦合，电网电压的跌落促使双馈电机进入暂态过程，变流器容量不足情况下，转子侧产生过电压及过电

5、流，威胁变流器的生存，甚至造成双馈电机脱网。国内外众多学者从多种途径尝试提高双馈风力发电系统的适应能力，网侧变换器串联型的各种结构应运而生，相应控制策略的研究亦随之而来。本文给出了网侧变换器串联结构的双馈风力发电系统(DoublyFedInductionGeneratorWindTurbinewithSeriesGridSideConverter,SGSC-WTDFIG)拓扑结构，以此建立了各个环节细致的数学模型，并对SGSC-WTDFIG系统各种工况下的稳态功率进行了分析，为控制策略的实施作好准备。针对SGSC-WTDFIG系统的控制，本文

6、先分立研究各个子系统的控制，再进行整体运行的实施及改进。双馈电机的控制，根据拓扑结构，将串联电压作为扰动电压，双馈电机以电流源形式工作，实现了双馈电机电网电压定向下的矢量控制，并分析了扰动电压的切入切出会使双馈电机进入暂态过程，提出定子电流扰动分量前馈策略。网侧变换器的控制，首先是根据容量设计LC滤波器参数，再对串联交流电压采用负载电流扰动前馈的双环控制策略，并完成其控制器参数设计过程；直流电压的控制，是网侧变换器的基本目标，本文根据直流环节的数学模型，构造了表征转差功率传递的等效阻抗，解决了在与双馈电机工况对应的负载工况下直流电压的稳定控制

7、。SGSC-WTDFIG系统整体运行中，首先是关键滤波环节研究，机侧定子电流扰动分量前馈策略、网侧负载电流前馈策略和直流电压控制均需要加入滤波环节，鉴于扰动分量均为基频，滤波器采用基I万方数据于滑窗模式的均值滤波器，提高稳态性能的同时，也不可避免的降低了系统的动态性能。此外，整体运行中，改进了网侧变换器的控制，通过无功通道的指令设定起到补偿线路阻抗的作用。大量的仿真结果论证了以上理论分析的正确性。针对SGSC-WTDFIG系统应对电网电压深度跌落的能力，本文分析了SGSC的故障控制策略切换。以电压为目标的工作方式出于变流器容量限制补偿能力有限

8、，但是辅以机侧的其他故障控制算法亦可帮助双馈电机顺利完成电压深度跌落下的故障穿越；以磁链为目标的工作方式能够有效地抑制过电流的出现，而且能迅速加快双馈电机定子磁链的