风电全功率变流器在弱电网条件下并网的应用研究

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1、万方数据分类号：——密级：——UDC：——学号：——硕士学位论文风电全功率变流器在弱电网条件下并网的应用研究研究生姓名：翟煌导师姓名：仇耘宏(硒究员级高王≥申请学位类别王堂亟±论文提交日期至Q!垒生垒且!墨目学位授予单位垦圈直杰型堂研究医答辩委员会主席趔鳢明学科专业名称皇杰墓笾丞甚自动焦论文答辩日期垄Q!垒生垒旦至鱼日学位授予Et期生旦旦评阅人型鳢鲤互磊年月日万方数据StudyofIntergratingWindPowerFullyRatedConverterintoWeakPowerGridADissertatio

2、nSubmittedtoStateGridElectricPowerResearchInstituteFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZHAIWdSupervisedbyProf．QiOXin--hongStateGridElectricPowerResearchInstituteNanjing，ChmaApril，2014万方数据国网电力科学研究院学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别

3、加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得国网电力科学研究院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：罩]61日国网电力科学研究院学位论文使用授权声明国网电力科学研究院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公

4、布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权国网电力科学研究院办理。研究生签名：lLL导师签名：缒一日期：万方数据摘要全功率变流器是直驱和半直驱式风力发电系统中重要的组成部分。永磁同步发电机发出的电能通过全功率变流器整流逆变成工频交流电，经LCL滤波器滤除谐波分量后注入电网。由于“弱电网”的电网电压谐波含量过大，且全功率变流器本身又是谐波源，因而本文专注于谐波控制这一点，一方面研究了LCL滤波器的合理设计与控制，充分发挥三阶滤波器高谐波抑制率的优点；另一方面，针对PI控制器对谐波信号跟

5、踪精度不足的问题，研究了适合谐波场合应用的电流控制方法。由于全功率变流器特殊的拓扑结构，本文以LCL滤波的网侧变流器为研究对象，主要研究了LCL滤波器的工作原理、谐振机理；推导了网侧变流器的数学模型和基于PI控制器的网侧变流器基本控制策略，并对控制环进行了稳定性分析、PI控制器设计以及控制性能分析。研究结果表明：一、LCL滤波器的谐振峰和数字离散控制的采样延时，两者共同导致电流控制环存在不稳定性；二、基于PI控制器的网侧变流器电流控制环对直流信号具有很好的跟踪精度和抑制能力，但对交流信号特别是谐波信号的跟踪和抑锖i⋯

6、。v,力严重不足。对于结论一：由于数字离散控制的采样延时无法避免，因而本文针对LCL滤波器存在谐振峰的问题，在传统加装阻尼电阻风的无源阻尼控制基础上，提出了虚拟电阻并电容的有源阻尼控制方法。文中先从负反馈的角度分析了有源阻尼的控制机理，选用了反馈滤波电容电流的有源阻尼实现方案。后研究了实际风电场中多台LCL并联后存在多个谐振频率的问题：利用等效递推的方法求解m台参数相同的LCL滤波器并联系统的传递函数，从而得到系统的频率特性。仿真和试验结果验证了本文提出的有源阻尼控制方法的有效性及可行性。对于结论二：针对PI控制器的

7、缺陷，研究了适合谐波场合应用的内模控制方法。根据内模原理：控制闭环稳定且内部包含输入信号的数学模型，则控制器就能为该输入信号提供高增益，实现对输入信号的无静差跟踪。在电网电压不平衡时，通过在原有PI控制器中植入IOOHz(可视为2次谐波)的谐振环节，实现了对负序分量的精确跟踪；在电网电压含谐波时，利用谐波信号均为基波频率的整数倍、每个基波周期都重复出现的特点，研究了重复内模控制的机理。并且，文中针对重复内模控制的固有缺陷——电网周期的控制延时，提出了嵌入式重复内模控制和PI控制的双环复合控制方法，实现重复控制器跟踪精

8、度高和PI控制器响应速度快的优势互补。继而通过对双环控制系统中补偿环节的合理设计，实现了谐波信号的精确跟踪和扰动抑制。综上所述，本文提出了虚拟电阻并电容的有源阻尼控制方法，有效抑制了LCL滤波器的谐振峰，并解决了实际风电场中多台LCL并联后确定谐振频率的问题；提出了嵌入式重复内模控制和PI控制的双环复合控制方法，理论上实现了对谐波信号的无静差跟