风力发电网侧变流器控制策略研究

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1.5MW永磁直驱风电并网变流器矢量控制的研究

Ｋｅｗｏｄ：ｉｄｔｒｉｅ；ｇｄｃｎｅｔｄｃｎｅｅ；ｄｕｌｕｓｄｈｍｏｕａｉｎｙｒｓｗｎｕｂｎｉｒ — ｏｎｃｅｏｖ￣ｒｏｂｅｐｌｅｗｉｔｄｌｔｏ
ＷＡＮＧＳｕｈｏ，ＪＮｎｍｉＩＸｉ— ｎ，ＺＨＡＯＸｉｎ，ＷＡＮＧＬａｉｎ
（ｅｎｅｅａｌＥｅｇｅｅｒｈＩｓｔｅｏｅｉｉｔｇＵｗｎｉＮｗａｄＲｎｗｂｅｎｒＲｓａｎｔｕｆＢｉｎＪｏｎｎｅ￣，Ｂｌｎ１０４，Ｃｉａｙｃｉｔｊｇａｏｅｉｇ００４ｈｎ）ｌ
ｃｎｅｅｒ１５ＭＷｅｍａｅｔｍａｎｔｄｒｃ— ｒｅｉｄｔｒｉｅｄｍｏｓｒｔｅｃｒｅｔｅｓｏｈｅｅｒｈｒｓｌ．ｏｖｒｒｆ．ｔｏｐｒｎｎｇｅｉｔｄｖｎｗｎｕｂｎｅｎｔａｅｔｏｒｃｎｓｆｔｅｒｓａｃｅｕｔｅｉｈｓ
ＡｂｔａｔＷｉｈｕｔｉａｌｅｅｏｍｅｔｏｈｏｉｔｎｃｎｍｙ，ｅｄｍａｄｆｒｔｅｅｅｇｓｇｏｉｇｒｐｄｓｒｃ：ｔｔｅｓｓａｎｂｅｄｖｌｐｎｆｔｅｓｃｅｙａｄｅｏｏｈｈｔｅｎｏｎｒｙｉｒｗｎａｉ — ｈｌｅｕｔｉｎｉｃｅｓｎｈｒｇｆｔｅｔｄｔｎｌｆｓｉｆｅｓＷｉｄｅｅｇａｌａｅｅａｌｎｒｙｈｓｂｅｙｒｓｌｎａｎｒａｉｇｓｏｔｅｏｒｉｏａｏｓｌｕｌ．ｎｎｒｙ，ｓａｃｅｎｒｎｗｂｅｅｅｇ，ａｅｎａｈａｉｐｐｌｒｉｎｏｎｒｓＷｅａｅｓｉｅｅｄｎｉｏｏｅｐｗｅｏｖｒｒｅｐｃａｌｒｔｅｃｎｒｌｏｔｏｕａｎｍａｙｃｕｔｅ．ｒｔｌｄｐｎｓｏｍｐａｓｆｒｔｏｒｃｎｅｅ，ｓｅｉｌｆｏｔｏｆｉｉｌｈｔｙｏｈｗｉｈｍａｅｔｍｏｅｉｏａｔｔｔｄ．ｈｏｏｏｙｏｈｏｂｅＰＭｓｉｔｏｕｅＴｅｃｎｒｌｓａｅｉｓｏｉｅｈｃｋｓｉｒｍｐｒｎｏｓｙＴｅｔｐｌｇｆｔｅｄｕｌＷｔｕｉｎｒｄｃｄ．ｈｏｔｔｔｇｅｆｌ — ｏｒｎｓｄｏｖ￣ｒａｄｇｎｒｔｒｓｄｏｖｒｅｒｏｈｄｓｕｓｄＴｅｓｍｕ￣ｉｎｎｘｅｍｅｔｆｔｅｇｉ — ｏｎｃｅｉｅｃｎｅｅｎｅｅａｏ — ｉｅｃｎｅｒａｅｂｔｉｃｓｅ．ｉｌｏｓａｄｅｐｒｎｓｏｈｒｃｎｅｔｄｔｈｉｄ

双馈风电机组网侧变换器L2增益干扰抑制控制

双馈风电机组网侧变换器L2增益干扰抑制控制双馈风电机组是风力发电中的一种常用设计，它采用了双馈发电机的方案，并且在电网侧连接了一个变流器。

这种设计能够使风电机组更高效、可靠以及具有较好的低速控制性能，因此在风力发电领域得到了广泛应用。

然而，双馈风电机组也存在一些问题，其中一个主要的问题就是L2增益干扰。

由于变流器正常工作时必须产生一定的输出电压以及电流，因此即使系统中并没有故障，在高频范围内也会有一定的噪声和干扰。

而这些噪声和干扰往往会对整个系统的稳定性和性能造成影响，因此需要进行有效的抑制控制。

本文将对双馈风电机组网侧变换器L2增益干扰抑制控制进行详细讨论。

首先，将介绍双馈风电机组的基本原理及其组成部分。

然后，将详细论述L2增益干扰的原因和对整个系统带来的影响。

接着，介绍如何对L2增益干扰进行分析，并给出相应的抑制方法。

最后，将总结本文的主要内容，并探讨未来发展前景。

一、双馈风电机组简介双馈风电机组是一种采用了双馈发电机并且在电网侧连接了变流器的风力发电机。

双馈发电机由一台主发电机和一个副发电机组成，其中主发电机通常由三相绞线式异步电机组成，副发电机通常由三相鼠笼式感应电机组成。

同时，为了方便双馈发电机控制，还需要在机组中配置一个控制系统。

在双馈风电机组的运行过程中，风轮通过传动装置转动主轴，而转动主轴的同时也将主发电机带动转动，并且由副发电机产生一定的电磁功率输出。

主发电机所产生的电能通过转子绕组到达变流器，再由变流器输出到电网中。

而副发电机所产生的电能则经过传动装置再次带动风轮转动，从而达到增加风能的目的。

二、L2增益干扰的原因和影响在双馈风电机组的变流器运行过程中，由于存在电容等元件，会在高频范围内产生一定的噪声和干扰。

其中一个主要的干扰就是L2增益干扰。

L2增益干扰的原因是由于双馈风电机组的变流器输出电压和输出电流在高频范围内存在一定的耦合关系。

而这种电压和电流的耦合关系就使得系统中，如果出现L2进入谐振状态时，会产生一定的增益干扰。

双馈风力发电系统仿真与控制研究

专业硕士学位论文
双馈风力发电系统仿真与控制研究
Research on Control Strategy and Simulation of Doubly-Fed Wind-Power Generator System
李跃华
2013 年 12 月
国内图书分类号：TM614 国际图书分类号：621.3
关键词：双馈风力发电；电磁暂态特性；协调控制策略；低电压穿越
I
华北电力大学硕士学位论文
Abstract
As a result of dual constraints of fossil energy depletion and environmental protection, wind power industry has a rapid development all over the world. With the access to grid of wind generation power centralized and on a large, the core control technology of doubly-fed induction generator (DFIG) which is one of the mainstream models of variable speed constant frequency wind power generation system, becomes the essential issue. Because of the structure difference of DFIG and traditional synchronous and asynchronous motors and its transient characteristics and fault mechanism has not been revealed thoroughly, it makes relay protection setting difficult, the safety of electrical equipment vulnerable and the stable operation of power grid out of safety. Based on DFIG wind power generation system, the in-depth study of control strategy in grid-side converter and machine side converter is conducted in this thesis. Firstly, stable operational model of DFIG is built on the RTDS simulation platform. A reasonable filter and control parameters is designed to satisfy the requirements of its access to the grid a. Secondly, based on the space vector model of DFIG based derivation of symmetrical fault, the stator and rotor flux and current analytical expression under symmetrical three-phase fault is derived. Analysis of the transient current mechanism of action is conducted and the correctness of the analytical results is verified by simulation. Finally, for the Low Voltage Ride-through (LVRT) of DFIG under symmetrical three-phase fault, a rotor Crowbar adaptive control method which based on voltage dip degree is proposed. The simulation results on the RTDS platform confirmed the effectiveness of the proposed control strategies. Keywords: doubly-fed induction generator, electromagnetic transient characteristics, coordinated control strategy, low voltage ride through

风电系统PWM并网变流器

第二章风电系统PWM并网变流器2.1直驱风力发电变流系统概述直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交/直整流既可以采用IGBTPWM整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波"后者使用的大功率IGBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW 级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示"图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM变换中产生的高频谐波"系统结构具有以下特点:1.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本"2.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求"3.升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构,一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波"4.PWM变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求;而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流"5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增"此时使制动单元IGBT导通,旁路PWM变流器,电阻能耗制动,降低并网电流"待电网电压恢复后再断开制动单元开关管,系统正常运行"6.PWM变流器网侧采用LCL滤波,实现了风电变流系统与电网的隔离:既滤除PWM变换的高频谐波,又滤除电网尖峰信号对功率变换系统的干扰"变流系统控制主要针对斩波器和逆变器"斩波器通过调节输入电流控制系统传输的有功功率"因为斩波器输出侧直流电压由PWM变流器控制恒定,所以控制输入电流时,调节IGBT开关管的占空比即控制了升压斩波器的输出电流,进而控制输入风能的功率"对变速恒频系统,斩波器输入电压会随风速的变化而改变"为了控制系统的有功功率,其输入电流指令也必然会相应的改变"所以快速的动态跟随性是斩波器的重要指标"网侧逆变器有两个控制要求,其一要求控制直流侧电压恒定,其二要求控制并网输出电流谐波畸变(THD)小,且保持单位功率因数(unitypowerfactor),以控制系统无功功率为零"当然在必要的情况下,也应可以向电网发出需要的感性无功或容性无功"而网侧逆变器由于与风轮机和同步发电机隔离,其主要控制目标是保持良好的抗扰性能"当然在系统指令改变时,PWM变流器也应具有快速的动态响应"2.2PwM变流器的分类及其拓扑从电力电子技术的发展来看,变流器较早应用的一种形式就是AC 心C变换装置,即整流器"它的发展经历了由不控整流器(二极管整流)!相控整流器(采用半控开关器件,如晶闸管)到PwM整流器(采用全控开关器件,如IGBT)的发展历程"传统的相控整流器,应用的时间较长,技术也较为成熟,但存在以下问题:图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM 变换中产生的高频谐波"并网变流器作用(l)晶闸管换相引起网侧电压波形畸变;(2)网侧谐波电流对电网产生谐波污染;(3)深控时功率因数很低;(4)闭环控制时动态响应慢;虽然二极管整流器改善了网侧功率因数,但是仍会产生网侧谐波电流而污染电网,另外二极管整流的不足还在于直流侧电压的稳定性差"针对上述不足,PWM整流器已对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进"其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管,以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流,功能上也已经远远超过了最初的整流,所以名称也渐渐演变成变流器"PWM变流器可以取得以下优良性能:(l)网侧电流近似正弦波;(2)网侧功率因数控制(如单位功率因数控制);(3)电能双向传输;(4)较快的动态响应;(5)可进行并网逆变;目前已设计出多种的PWM变流器,电压型和电流型是最基本的分类方法"这两种类型的PWM变流器无论是在主电路结构!PWM信号发生以及控制策略等方面均有着各自的特点,并且两者存在着电路上的对偶性"电压型的PWM变流器研究和应用较多,因此本文主要介绍电压型PWM变流器(VSR)"1.单相半桥!全桥VSR拓扑图2一2分别示出了vsR单相半桥和单相全桥主电路拓扑结构I.4>"两者交流侧具有相同的电路结构,其中交流侧电感主要用以滤除网侧电流谐波"由图2一2(a)可看出,单相半桥VSR拓扑只有一个桥臂采用了功率开关,另一桥臂则由两电容串联组成,同时串联电容又兼作直流侧储能电容;单相全桥VSR拓扑结构则如图2一2(b)所示,它采用了具有4个功率开关的/H0桥结构"值得注意的是:电压型PWM 变流器主电路功率开关必须反并联一个续流二极管以缓冲PWM过程中的无功电能"比较两者,显然半桥电路具有较简单的主电路结构,!1.功率开关数只有全桥电路的一半,因而造价相对较低,常用于低成本!小功率应用场合"进一步研究表明,在相同的交流侧电路参数条件下,要使单相半桥VSR以及单相全桥VSR获得同样的交流侧电流控制特性,半桥电路直流电压应是全桥电路直流电压的两倍,因此单相半桥VSR 的直流侧电压利用率低,功率开关管耐压要求相对提高,另外,为使半桥电路中电容中点电位基本不变,还需引入电容均压控制,可见单相半桥VSR的控制相对复杂"2.三相桥式VSR拓扑结构图2-3为三相桥式VSR拓扑结构，其交流侧采用三相对称的无中线连接方式，采用6个功率开关管，这是一种最常用的三相电压型PWM整流器，广泛应用于电力系统的有源滤波和谐波补偿，以及作为大功率拖动设备的前端整流。

风力发电中网侧变流器控制系统研究

式。风力发电的研究、发利用也成为各国学者研开究的热点。我国风力资源十分丰富，力发电产业风
电压和交流侧单位功率因数这两个目标给出了双
闭环控制的实现，对该控制系统进行了仿真。并
１网侧变流器的建模
一
‰
ｑ＝
．
ｗＲ｛ｉ）ａ＿
上式可知，，轴５之间存在耦合项（ｗＬｉ，ｄｑ一Ｌｉｗａ，）
在电机参数已知的情况下可通过完全去耦控制来实现线性化控制。计出的解耦控制图如图２示。设所
０引言
随着近年来环境污染的加剧和石油等矿石能源的短缺，们对新型能源的研究开发热情越来越人高。风能是一种清洁的有效可再生能源，到了世受界各国的高度重视。力发电是利用风力发电机组风将风的动能转化为电能的一种可再生能源发电方
网侧变流器运行原理及数学模型的基础上．设计了
电网电压定向矢量控制系统。分别针对稳定直流侧
图１网侧变流器的拓扑结构
定义单极性二值逻辑开关函数ｓ为：
收稿日期：０１０ — ５２１ — ３１作者简介：全飞（９６）男，理工程师，事电力系统王１８一，助从继电保护工作。
网侧变流器三相拓扑结构如图ｌ所示。其中ｅ．ａ

风力发电并网系统的控制和优化策略分析

风力发电并网系统的控制和优化策略分析摘要：风力发电是一种非常持续环保的新能源创造方式，在生产的过程中不需要使用到任何燃料，也不会对环境产生任何污染。

风力发电并网系统是风力发电管理的基础，本文主要对风力发电并网系统的控制和优化策略进行研究分析，并提出了一些优化策略。

关键词：风力发电；并网系统；控制优化引言：当前我国大力倡导绿色保护环保的理念，在这样的社会背景下，新能源的开发与充分应用更是成为社会关注的重点话题。

作为新能源的一类重要分支，如何有效开发并充分应用风力发电资源便也成为了一个重点关注问题。

并网系统是提高风力发电运行质量的有效措施，在构建或优化并网系统时，则需要基于风力发电的基本要求和运行原理来进行控制优化。

一、风力发电概述空旷的平原和海洋上往往有着丰富的风能，在进行风能开发时，环境中存在的强大气流会以特定的速率推动风轮的转动，在涡轮中增加风速，从而在力矩作用下，发电机中的导线在磁场的作用下产生感应电动势，外部闭合回路会在导线中生成电流，从而将风能转化为电力。

按照现在的风力发电技术，当风力达到每秒3公里时，就能产生电力。

风车是一种集风设备，一般有三个桨叶，其主要功能是将风力转化为转动的机械能，辅助以偏航装置、发电机组、塔架、限速安全装置及能量储存所等装置共同组成风力发电系统。

风盘后方的转向盘又称为尾舵，其作用是通过调节风车的风向来实现风向的变化，从而获得最大的风力。

限速器的功能是通过控制风车的速度，在给定的速度区间内保持相对的稳定性，从而确保风机的高速运转。

塔台是设备的载体和风车的支承装置。

由于天然的风速具有高度的非平稳特性，且具有较大的随机和间断特性，使得风力发电机组的发电效率非常不稳定，峰值和最低点相差很大，因此，风力发电机组的电力不能直接用在电负载上，必须用铅酸电池进行储能。

由于风力发电系统具有非平稳特性，加之其工作特性，导致其输出功率的不稳定，对电力系统的供电品质产生了不利的影响。

目前，风力发电机组一般采用“软并网”模式，但在起动过程中，依然存在着较大的脉冲电流。

双馈风力发电系统网侧变流器的控制及仿真

ＺＨＯＵｉｎｙｕ，Ｔａ — ｏＧＵＯｕｈａＹ —ｕ
（ｃｏｌｆｌｃｃｌｎｉｅｒｇＳｕｈｅｔｉｔｎｎｖｒｔ，ｈｎｄ１０１ＣｉａＳｈｏｏｅｔａＥｇｅｎ，ｏｔｗｓＪｏｏｇＵｉｅｓｙＣｅｇｕ６０３，ｈｎ）Ｅｒｎｉｉａｉ
闭环控制策略的验证。
２网侧ＰＷＭ变流器的基本理论模型
图１为网侧变流器的系统框图，网侧ＰＷＭ变流器通常采用三相电压源ＰＷＭ变流器的拓扑结构。图中ｅｂｅ。分别为电网ａｂｅ三相电压；ｉ、ｅ、。、、ｉｂｉ分别为ＰＷＭ变流器的交流侧ａｂｅ三相电流；ｆ、、ｆ为ＰＷＭ变流器交流侧滤波电感；ｉＤ（１２３４５Ｑ，，，，，，６分别表示功率器件及其续流二极管；）Ｃ为直流侧滤
ＡｂｔａｔＴｅｏｅａｉｇｃａａｔｒｔｓｏｅｇｉ・ｉｅｃｎｅｔｒｏｏｂｅｆｄｗｎｏｅｅｅａｉｎｓｓｅｉｒ－ｓｒｃ：ｈｐｒｔｈｒｃｅｉｉｆｈｒｄ－ｄｏｖｒｆａｄｕｌ・ｉｄｐｗｒｇｎｒｔｙｔｍｓａａｎｓｃｔｓｅ－ｅｏｉ－
＜电气开关＞２１．ｏ２（００Ｎ．）
３１
文章编号：０４—２９２１）２—０３ — ４１０８Ｘ（００００１０
双馈风力发电系统网侧变流器的控制及仿真
周天佑，郭育华
（西南交通大学电气工程学院，成都四川
摘
６０３）１０１
要：分析了双馈风力发电系统网侧变流器的运行特性，而讨论了网侧变流器的控制方言

风电变流器的短路能力研究与提升

风电变流器的短路能力研究与提升在风力发电系统中，风电变流器是一个关键的组件，其作用是将风机传动的机械能转化为电能，然后将电能送入电网中。

然而，由于电网的特性以及外部故障等原因，会导致电网出现短路故障，从而给风电变流器的运行带来一定的风险。

因此，研究和提升风电变流器的短路能力对于确保风电系统的安全稳定运行至关重要。

风电变流器的短路能力是指在短路故障发生时，风电变流器能够承受短路电流的能力。

短路电流的大小取决于电网的特性以及故障等原因，因此增强风电变流器的短路能力是保证系统运行安全的重要一环。

首先，为了研究和提升风电变流器的短路能力，需要对其工作原理和结构进行深入理解。

风电变流器主要由整流器、逆变器和滤波器组成。

整流器将风机输出的交流电转化为直流电，逆变器将直流电转化为接入电网的交流电。

滤波器则用于降低谐波和电磁干扰。

在短路故障发生时，电网会提供巨大的短路电流，变流器需要承受这种巨大的电流冲击。

其次，针对风电变流器的短路能力研究，可以从多个角度进行改进。

首先，可以优化变流器的控制策略。

通过改进控制算法，可以降低短路电流对变流器的冲击程度。

例如，采用先进的瞬时电流控制技术和有源电流限制技术，可以有效减少短路电流的幅值。

此外，还可以增加变流器的保护措施，比如添加过流保护装置和短路保护装置，以避免短路电流对变流器和电网造成损坏。

其次，可以考虑使用可靠性较高的元器件和材料来提升风电变流器的短路能力。

例如，在选择电容器时，可以选择具有较高压力容限和较低电感的电容器，以抵抗短路电流对电容器的瞬时冲击。

此外，还可以采用更耐压和更耐高温的故障指示器和电触点，以提高变流器的可靠性和抗干扰能力。

此外，还可以通过增加风电变流器的散热系统，提升其短路能力。

短路电流会引起电流冲击和瞬时加热，因此散热系统的设计和优化对于风电变流器的短路能力至关重要。

可以采用高效的散热片和散热器，增加风电变流器的散热面积和散热效率，以降低温升和热点的产生。

全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略

全功率变流器风电机组的发展趋势
要点一
控制策略的不断优化
要点二
集群控制和智能运维
随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，全功率变流器风电机组的控制策略将不断优化，以实现更高的运行效率和更强的抗干扰能力。
未来全功率变流器风电机组将实现集群控制和智能运维，通过集中控制和智能化管理，提高风电场的效率和可靠性。
要点三
与储能系统结合
全功率变流器风电机组将与储能系统结合，以实现能量的就地消纳和存储，提高风电场的稳定性和经济性。
THANKS
感谢观看
风轮
捕获风能并转换为机械能。
发电机
将机械能转换为电能。
变速器/齿轮箱
将风轮的慢速旋转转化为发电机所需的高速旋转。
塔筒
支撑风轮和发电机等设备。
风力发电系统的运行原理
当风吹过风轮时，风能转化为机械能。
发电机产生的电能通过电缆传输到电网。
风轮带动发电机旋转，产生电能。
风力发电系统的优缺点
优点
矢量控制优点
矢量控制能够实现精确的磁场控制，同时可以优化转矩控制，从而提高风电机组的效率和稳定性。
直接功率控制策略
直接功率控制原理
直接功率控制是一种基于功率滞环比较器的控制方法，将实际功率与参考功率进行比较，通过调节变流器开关管的占空比来控制输出功率。
直接功率控制优点
直接功率控制具有简单易行、响应速度快、抗干扰能力强等优点，适用于高速运行的风电机组。
全功率变流器在风电机组中的作用
提高风电机组的效率和可靠性，降低维护成本。
控制风电机组的运行状态，使其在各种风速条件下都能保持
最佳性能。
实现最大风能追踪功能，提高风电机组的发电量。

双馈风力发电转子侧控制技术的研究

； ±ｒｆபைடு நூலகம் （）１
式中为定子电流频率；为转子转速；ｐ为电机极
对数为转子电流频率。当ｎｎ时，＜。处于亚同步运行状态，此时变流器向ＤＩＦＧ转子提供交流励磁，
定子发出电能给电网，１中取正号；ｎｎ式（）当＞。
定子电压定向（ｖ）量控制的变速恒频双馈风力发电系统方案，系统模型并进行了仿真，ｓｏ矢构建仿真结果表明控制策略和技术的可行性，系统实现了有功功率、无功功率的解耦控制和最大风能跟踪控制。
关键词：变速恒频；双馈感应发电机；背靠背ＰＷＭ变流器；矢量控制
ｓ叮＝Ｒ卵＋Ｄｉ
（）３
＝Ｒｉ＋Ｄ耐一Ｏ
＝
ｒｑ
Ｒ唧＋ＤＷ＋ｉ
转矩方程：
＝Ｌ（，一。）ｐｉｉｄｑ运动方程：
＝＋
（）４
置分为网侧变流器和转子侧变流器（也称机侧变流
器）如图１所示。本系统网侧变流器采用无电网，
ｗｎｏｅｅｅａｏａｅｎｔｅｓｔｏａｅｏｉｎｔｎＳＯｖｃｒｏｔｌａｅｉｅ．ｉｕａｏｏｅｏｅｉｐｗｒｎｒｔｎｂｓｄｏｔｏｖｌｇｒｔｉ（Ｖ）ｅｔｎｏｗｓｓｎｄＡｓｌｉｍｄｌｆｈｄｇｉｈａｒｔｅａｏｏｃｒｄｇｍｔｎｔ
恒频控制，这就是交流励磁双馈风力发电机变速恒
频运行的基本原理。
因此，同步旋转幽坐标系下的磁链方程、电压

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风力发电网侧变流器控制策略研究摘要风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注，网侧变流器在风电机组运行过程中一直扮演着很重要的角色。

本文围绕网侧变流器的控制展开研究，以带LCL型滤波器的三相电压型PWM变流器（LCL-VSC）拓扑作为网侧变流器研究对象。

首先在平衡电网条件下建立了LCL-VSC的三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型，为控制策略分析和控制系统设计提供了理论依据。

提出了风力发电应用中具有LCL滤波器的网侧变流器的一种多环控制结构，该结构采用电压外环外加三个逐层利用的电流内环，实现稳定的直流电压以及电流的前馈解耦和单位功率因数控制。

同时，给出了基于复功率理论的电容电压估计方法，减少了传感器数量。

为了在电网不平衡条件下对LCL-VSC有效的控制，必须计算不平衡的正负序相位。

本文提出了一种新颖的基于电网不平衡的锁相思路，既可以计算正序相位角也可以计算负序相位角，用于LCL--VSC的不平衡控制。

这种方案的主要思路是：先从不平衡电网中提取出正负序分量，然后对正负序三相电压采用SFR-SPLL分别锁相，计算出正负序相位角。

建立了在不平衡电网条件下LCL-VSC的数学模型，三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。

给出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法。

按照不同的控制要求，可以分别实现了电网不平衡时网侧电流对称控制，或者抑制直流侧二次纹波控制。

完成了15kVA的LCL-VSC实验样机平台的搭建和调试。

通过仿真和实验结果验证了理论分析与设计的正确性。

关键词：风力发电；LCL；VSC；不平衡；多环控制Research on Control Strategy of Grid-side Converterfor Wind Power GenerationABSTRACTThe wind power generation is a kind of effective renewable energy source, which is received more and more attention in recent years. The grid-side converter plays a very important role in the wind power generation. This thesis does some research on control strategy of the grid-side converter, taking three-phase voltage source PWM converter with LCL filter (LCL-VSC) as the object of study. Firstly, under the balanced voltage condition, LCL-VSC mathematical model is established in the three-phase static and two-phase rotate coordinates, to provide the theory for the control strategy analysis and the control system design.Then a multiloop control scheme is proposed for LCL-VSC. Within this scheme, 3 cascaded inner current loops along with an outer voltage loop are used to achieve stable dc-link voltage, currents decoupling and feedforward, as well as the unity power factor control. With this scheme, the capacitor voltage estimation is performed with complex power theory resulting the omission of the transducers for the capacitor voltage measurement.To control the LCL-VSC effectively under unbalanced grid condition, the positive and negative sequence phase should be calculated. This thesis proposed a novel phase locked loop (PLL) based on the unbalanced grid condition, which may calculate the positive sequence phase angle and the negative sequence phase angle, used for LCL-VSC unbalanced control. The main idea of this method is first to draw the posive and negative sequence components under the unbalanced grid condition, then to get the phases of positive and negative sequence with the SFR-SPLL separately.The LCL-VSC mathematical model for unbalanced control is established under unbalanced grid condition. The reference current algorithm is given based on the LCL-VSC. For different purposes, it can be realized either symmetrical grid-side current or constant DC-side voltage without twice order ripple.Finally, a 15kVA LCL-VSC experimental system is established. The simulation and the experimental result verify the theoretical analysis and the design.Keywords: Wind power generation; LCL; VSC; unbalance; Multi-loop control目录第一章绪论 (1)1.1论文的研究背景和选题意义 (1)1.1.1风力发电及其意义 (1)1.1.2国内外风电产业发展概况 (1)1.1.3风力发电变流器的产业现状 (2)1.1.4论文的选题意义 (3)1.2风力发电中的网侧变流器研究现状 (3)1.2.1风力发电中的电气系统 (3)1.2.2网侧变流器的拓扑结构 (5)1.2.3网侧变流器控制策略的研究现状 (6)1.3本论文的主要目标和主要工作 (8)第二章基于LCL-VSC网侧变流器建模与控制 (9)2.1引言 (9)2.2三相LCL-VSC数学模型 (10)2.2.1三相静止(a , b, c)坐标系下的数学模型 (11)2.2.2两相静止坐标系(D, Q)下的数学模型 (12)2.2.3两相旋转坐标系(d, q)下的数学模型 (14)2.3LCL-VSC多环控制策略 (14)2.3.1系统控制结构 (17)2.3.2并网电流指令算法 (18)2.3.3电流控制器设计与稳定性校验 (20)2.3.4直流电压环控制器设计 (25)2.3.5基于复功率理论的电容电压估计 (26)2.4多环控制策略仿真与分析 (27)2.4.1电流环仿真 (28)2.4.2电压环仿真 (30)2.5总结 (30)第三章电网不平衡及其关键问题研究 (31)3.1引言 (31)3.2三相电网不平衡 (32)3.2.1电网不平衡理论分析 (32)3.2.2不平衡系统的研究方法 (33)3.2.3正负序检测 (35)3.3软件锁相环（SSFR-SPLL）及其设计 (41)3.3.1基本原理 (41)3.3.2PLL模型的简化 (43)3.3.3参数计算 (44)3.4基于双SFR_SPLL在不平衡电网中的应用 (48)3.4.1基本结构 (48)3.4.2仿真分析 (49)3.5总结 (51)第四章LCL-VSC不平衡控制策略 (52)4.1引言 (52)4.2不平衡电网下VSC数学模型 (52)4.2.1三相静止坐标系(a-b-c)下的数学模型 (53)4.2.2同步旋转坐标系(d, q)下的数学模型 (55)4.3电网不平衡时电流指令算法 (58)4.4双矢量电流控制策略研究 (61)4.4.1系统控制结构 (61)4.4.2抑制网侧负序电流的控制策略 (62)4.4.3抑制直流侧二次纹波的控制策略 (63)4.5仿真分析 (64)4.6总结 (65)第五章系统设计及实验分析 (66)5.1LCL-VSC样机设计 (66)5.1.1主电路参数选择 (67)5.1.2IPM模块选择 (67)5.1.3控制模块处理器的选择 (68)5.1.4功能模块电路设计 (69)5.1.5试验系统软件设计 (72)5.2系统实验结果分析 (75)5.2.1平衡电网VSC控制 (75)5.2.2不平衡电网与锁相环 (76)5.2.3不平衡电网VSC双电流环控制 (77)第六章总结与展望 (79)6.1总结 (79)6.2展望 ................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献.. (79)附录一实验平台................................................................ 错误！未定义书签。

附录二研究生期间发表的论文 ......................................... 错误！未定义书签。

插图清单图1-1 世界风力发电装机容量增长示意图 ...................... 错误！未定义书签。