适用于高/低电压穿越的双馈风机协同控制及稳定研究

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随着国家“十四五”规划和“二○三五”远景规划的提出,新能源发电,尤其是风力发电将持续快速发展。其中双馈异步风力发电机组(Double Fed Induction Generator,DFIG)具有发电效率高,变速恒频运行范围广,变流器容量小等技术优点,目前已经成为风力发电机组的主力机型之一。但由于DFIG定子绕组经变压器与电网直接相连的特殊结构,使得DFIG对并网点电压变化十分敏感。当并网点电压由于故障发生骤升/跌落时,会导致DFIG定转子绕组出现过电流,过电压,威胁机组的运行安全。若大量并网运行的DFIG在电网电压发生故障时为保证自身运行安全从电网解列,将会对电网稳定运行带来挑战。因此,研究可提升并网DFIG电压穿越(voltage ride through,VRT)能力的控制策略具有重要的工程意义。本文在DFIG数学模型和协同控制理论的基础上,获得了可使并网DFIG具有较强高/低电压故障穿越能力的协同控制策略,并对协同控制器的控制参数进行了优化。本文完成的主要工作及取得的主要研究成果如下:(1)根据协同控制理论,结合DFIG的非线性数学模型,获得了DFIG转子侧变流器(rotor side convert,RSC)和网侧变流器(grid side convert,GSC)的协同控制策略,并搭建控制器仿真模型,通过时域仿真验证了协同控制策略的电压故障穿越性能。(2)对采用协同控制策略的DFIG进行非线性动力学分析,给出了DFIG协同控制策略同时满足高/低电压故障穿越过程中大范围渐进稳定的约束条件,以及与求解渐进稳定约束条件解析方法近似等效的数值求解方法。(3)在PSCAD/EMTDC仿真平台验证了电网电压骤升/跌落故障期间,采用所提协同控制策略DFIG的动态性能。协同控制策略可有效减小故障期间DFIG转子过电流与过电压。同时验证了所提渐进稳定约束条件数值求解方法的有效性。(4)对采用协同控制策略的DFIG进行控制参数优化,优化故障穿越期间DFIG的动态特性。在时域仿真平台搭建电气参数存在差异的DFIG仿真模型,并进行仿真,验证了本文所提协同控制策略具有较强的鲁棒性。
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