电网电压不平衡下双馈风力发电机间接功率控制研究

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开发可再生能源在实现我国碳达峰、碳中和目标的进程中发挥着至关重要的作用。而风电作为主力核心又得到了广泛关注。作为风电场的主流机型,双馈感应发电机(Doubly-fed Induction Generator,DFIG)具有有功、无功独立调节,成本较低等优势,故应用范围较广。但当电网电压不平衡时,发电机的输出功率以及电磁转矩等电气量会发生振荡,且幅值较大,影响发电机稳定运行。因此,针对不平衡电网下DFIG控制技术的研究对提高电能质量具有重要的理论和实际意义。本文首先从DFIG数学模型、转子磁链绕组幅值增量和相位增量作为切入点,对理想电网下转子侧变换器控制方法展开深入研究,提出一种间接功率控制策略。相较于传统矢量控制策略,间接功率控制策略在两相转子静止坐标系下建立DFIG数学模型,分析转子磁链绕组幅值增量和相位增量对DFIG输出功率的影响,通过快速调节相位增量和幅值增量,实现快速跟踪给定目标。在此基础上,为提高不平衡电网电压下DFIG运行稳定性,采用相移二阶广义积分器(Phase Shift Second Order Generalized Integrator,PSSOGI)对输出功率中的直流分量和二倍频分量进行分离,为减弱有功或者无功功率振荡对DFIG运行能力的影响,对相应目标的脉动分量通过加入谐振调节器进行抑制,进而达到希望的控制效果。最后,通过对不平衡电网下双馈风力发电机的单个目标控制进行仿真分析,针对单个目标时,不能对有功和无功功率振荡同时达到最佳控制效果,提出基于粒子群算法的双目标协调控制方法。并结合实际要求,对所建立的目标函数分配权重系数,使控制效果在相应要求下达到最优。为验证所提控制策略有效性,在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型,并且根据仿真模型,搭建以TMS320F28335为核心的双馈风力发电机实验控制平台,并在CCS环境下编写程序进行验证。综合分析仿真和实验结果可知,基于粒子群算法的改进间接功率控制方法可以满足有功、无功功率协同控制要求,进而验证所提控制策略应用在不平衡电网电压下双馈风力发电系统中是行之有效的。
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